Ένα περιττό αρθρωτό δίκτυο υποστηρίζει σωστή επικοινωνία εγκεφάλου

εγκέφαλος

Θυμηθείτε έναν αριθμό τηλεφώνου ή οδηγίες που μόλις αναφέρθηκαν και ο εγκέφαλός σας θα επικοινωνεί ενεργά σε πολλές περιοχές. Πιστεύεται ότι η λειτουργική μνήμη βασίζεται σε αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των περιοχών, αλλά ο τρόπος με τον οποίο αυτές οι περιοχές του εγκεφάλου αλληλεπιδρούν και αντιπροσωπεύουν σωστά τη μνήμη παρέμεινε μυστήριο.

Στο Baylor College of Medicine, ο Δρ Nuo Li, επίκουρος καθηγητής νευροεπιστήμης και McNair Scholar, και οι συνάδελφοί του διερεύνησαν τη φύση της επικοινωνίας μεταξύ εγκεφαλικών περιοχών που εμπλέκονται στη μνήμη εργασίας και βρήκαν στοιχεία ότι μια αρθρωτή οργάνωση δικτύου είναι κρίσιμη για την επίμονη νευρική δραστηριότητα .

Πώς επικοινωνούν οι περιοχές του εγκεφάλου

Ο Λι και οι συνάδελφοί του κατάφεραν να δουν ότι κάθε ημισφαίριο του εγκεφάλου έχει μια ξεχωριστή αναπαράσταση μιας μνήμης. Ωστόσο, τα ημισφαίρια συντονίζονται σφιχτά σε κάθε στιγμή βάση, με αποτέλεσμα εξαιρετικά συνεκτικές πληροφορίες μεταξύ τους κατά τη διάρκεια της μνήμης εργασίας.

Στη μελέτη τους, οι ερευνητές προσέλαβαν τα ποντίκια σε μια απλή συμπεριφορά που θα τους απαιτούσε να αποθηκεύσουν συγκεκριμένες πληροφορίες. Εκπαιδεύτηκαν για να καθυστερήσουν μια εντολή για λίγα δευτερόλεπτα. Αυτή η χρονική καθυστέρηση έδωσε στους ερευνητές την ευκαιρία να δουν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μνήμης.

«Είδαμε πολλούς νευρώνες να πυροβολούν ταυτόχρονα και από τα δύο ημισφαίρια του φλοιού με συντονισμένο τρόπο. Εάν η δραστηριότητα αυξήθηκε σε μια περιοχή, η άλλη περιοχή ακολούθησε στενά. Υποθέσαμε ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ημισφαιρίων του εγκεφάλου είναι αυτές που ήταν υπεύθυνες για αυτήν τη μνήμη », είπε ο Λι.

Ο Λι και οι συνάδελφοί του κατέγραψαν δραστηριότητα σε κάθε ημισφαίριο, δείχνοντας ότι ο καθένας δημιούργησε το δικό του αντίγραφο πληροφοριών κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μνήμης. Πώς λοιπόν επικοινωνούν τα δύο ημισφαίρια;

Ο Λι εξήγησε ότι μέσω της χρήσης οπτογενετικής κατάφεραν να καταστρέψουν τις πληροφορίες σε ένα ημισφαίριο, επηρεάζοντας χιλιάδες νευρώνες κατά τη διάρκεια της περιόδου μνήμης. Αυτό που βρήκαν ήταν απροσδόκητο.

«Όταν διακόψαμε ένα ημισφαίριο, η άλλη περιοχή απενεργοποίησε την επικοινωνία, εμποδίζοντας ουσιαστικά τη διαφθορά να εξαπλωθεί και να επηρεάσει τη δραστηριότητα σε άλλες περιοχές», δήλωσε ο Λι. «Αυτό είναι παρόμοιο με τα σύγχρονα δίκτυα όπως τα ηλεκτρικά δίκτυα. Συνδέονται για να επιτρέπουν τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, αλλά και για την παρακολούθηση βλαβών, διακόπτοντας τις συνδέσεις όταν είναι απαραίτητο, ώστε ολόκληρο το ηλεκτρικό δίκτυο να μην αποτύχει. "

Σε συνεργασία με τον Δρ Shaul Druckmann και Ph.D. φοιτητής Byungwoo Kang στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, οι ερευνητές ανέπτυξαν θεωρητικές αναλύσεις και προσομοιώσεις δικτύου αυτής της διαδικασίας, δείχνοντας ότι αυτή η αρθρωτή οργάνωση στον εγκέφαλο είναι κρίσιμη για την ανθεκτικότητα της επίμονης νευρικής δραστηριότητας. Αυτή η ανθεκτικότητα θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για το ότι ο εγκέφαλος μπορεί να αντέξει ορισμένους τραυματισμούς, προστατεύοντας τη γνωστική λειτουργία από περισπασμούς.

«Η κατανόηση της περιττής αρθρωτής οργάνωσης του εγκεφάλου θα είναι σημαντική για το σχεδιασμό στρατηγικών νευρικής διαμόρφωσης και επισκευής που είναι συμβατές με τη φυσική επεξεργασία πληροφοριών του εγκεφάλου», δήλωσε ο Λι.