Jaringan modular yang berlebihan mendukung komunikasi otak yang tepat

otak

Ingat nomor telepon, atau arah yang baru saja dibacakan, dan otak Anda akan berkomunikasi secara aktif di banyak wilayah. Diperkirakan bahwa memori kerja bergantung pada interaksi antara wilayah ini, tetapi bagaimana area otak ini berinteraksi dan mewakili memori dengan benar tetap menjadi misteri.

Di Baylor College of Medicine, Dr. Nuo Li, asisten profesor ilmu saraf dan McNair Scholar, dan rekan-rekannya menyelidiki sifat komunikasi antara daerah otak yang terlibat dalam memori kerja dan menemukan bukti bahwa organisasi jaringan modular sangat penting untuk aktivitas saraf yang persisten. .

Bagaimana wilayah otak berkomunikasi

Li dan rekan-rekannya dapat melihat bahwa setiap belahan otak memiliki representasi memori yang terpisah. Namun, belahan otak dikoordinasikan secara ketat dari waktu ke waktu, menghasilkan informasi yang sangat koheren di antara mereka selama memori kerja.

Dalam studi mereka, para peneliti melibatkan tikus dalam perilaku sederhana yang mengharuskan mereka untuk menyimpan informasi spesifik. Mereka dilatih untuk menunda tindakan yang diinstruksikan selama beberapa detik. Penundaan waktu ini memberi peneliti kesempatan untuk melihat aktivitas otak selama proses memori.

“Kami melihat banyak neuron secara bersamaan menembak dari kedua belahan korteks secara terkoordinasi. Jika aktivitas naik di satu wilayah, wilayah lain mengikuti dengan cermat. Kami berhipotesis bahwa interaksi antara belahan otak adalah yang bertanggung jawab atas memori ini,” kata Li.

Li dan rekan-rekannya merekam aktivitas di setiap belahan, menunjukkan bahwa masing-masing membuat salinan informasinya sendiri selama proses memori. Jadi bagaimana kedua belahan otak berkomunikasi?

Li menjelaskan bahwa melalui penggunaan optogenetik, mereka dapat merusak informasi di satu belahan otak, memengaruhi ribuan neuron selama periode memori. Apa yang mereka temukan tidak terduga.

“Ketika kami mengganggu satu belahan bumi, wilayah lain mematikan komunikasi, pada dasarnya mencegah korupsi menyebar dan mempengaruhi aktivitas di wilayah lain,” kata Li. “Ini mirip dengan jaringan modern seperti jaringan listrik. Mereka terhubung untuk memungkinkan aliran listrik tetapi juga memantau kesalahan, mematikan koneksi bila perlu sehingga seluruh jaringan listrik tidak gagal. ”

Bekerja sama dengan Dr. Shaul Druckmann dan Ph.D. mahasiswa Byungwoo Kang di Universitas Stanford, para peneliti mengembangkan analisis teoretis dan simulasi jaringan dari proses ini, menunjukkan bahwa organisasi modular di otak ini sangat penting untuk ketahanan aktivitas saraf yang persisten. Kekokohan ini bertanggung jawab atas kemampuan otak untuk menahan cedera tertentu, melindungi fungsi kognitif dari gangguan.

“Memahami organisasi modular berlebihan dari otak akan menjadi penting untuk merancang modulasi saraf dan strategi perbaikan yang kompatibel dengan pemrosesan informasi alami otak,” kata Li.