Rangkaian modular yang berlebihan menyokong komunikasi otak yang betul

otak

Ingat nombor telefon, atau arahan yang baru dibaca, dan otak anda akan aktif berkomunikasi di banyak kawasan. Diperkirakan bahawa memori kerja bergantung pada interaksi antara wilayah-wilayah ini, tetapi bagaimana kawasan otak ini berinteraksi dan mewakili memori dengan betul tetap menjadi misteri.

Di Baylor College of Medicine, Dr. Nuo Li, penolong profesor neurosains dan McNair Scholar, dan rakan-rakannya menyiasat sifat komunikasi antara kawasan otak yang terlibat dalam memori kerja dan menemui bukti bahawa organisasi rangkaian modular sangat penting untuk aktiviti saraf yang berterusan .

Bagaimana kawasan otak berkomunikasi

Li dan rakan-rakannya dapat melihat bahawa setiap hemisfera otak mempunyai perwakilan memori yang terpisah. Walau bagaimanapun, hemisfera dikoordinasikan dengan ketat setiap saat, sehingga menghasilkan maklumat yang sangat koheren di sepanjang memori berfungsi.

Dalam kajian mereka, para penyelidik melibatkan tikus dalam tingkah laku sederhana yang memerlukan mereka menyimpan maklumat tertentu. Mereka dilatih untuk menunda tindakan yang diarahkan selama beberapa saat. Kelewatan kali ini memberi peluang kepada penyelidik untuk melihat aktiviti otak semasa proses ingatan.

"Kami melihat banyak neuron secara serentak menembak dari kedua belahan korteks secara terkoordinasi. Sekiranya aktiviti meningkat di satu wilayah, wilayah lain diikuti dengan teliti. Kami berhipotesis bahawa interaksi antara hemisfera otak adalah yang bertanggungjawab untuk ingatan ini, ”kata Li.

Li dan rakannya mencatat aktiviti di setiap hemisfera, menunjukkan bahawa masing-masing membuat salinan maklumat sendiri semasa proses ingatan. Oleh itu, bagaimana kedua-dua belahan ini berkomunikasi?

Li menjelaskan bahawa melalui penggunaan optogenetik mereka dapat merosakkan maklumat dalam satu hemisfera, yang mempengaruhi ribuan neuron dalam tempoh ingatan. Apa yang mereka dapati tidak dijangka.

"Ketika kami mengganggu satu hemisfera, daerah lain mematikan komunikasi, pada dasarnya mencegah korupsi menyebar dan mempengaruhi aktiviti di wilayah lain," kata Li. "Ini serupa dengan rangkaian moden seperti grid elektrik. Mereka disambungkan untuk membolehkan aliran elektrik tetapi juga memantau kerosakan, mematikan sambungan apabila perlu sehingga keseluruhan grid elektrik tidak gagal. "

Dengan kerjasama Dr. Shaul Druckmann dan Ph.D. pelajar Byungwoo Kang di Universiti Stanford, para penyelidik membuat analisis teoritis dan simulasi rangkaian proses ini, menunjukkan bahawa organisasi modular ini di otak sangat penting untuk ketahanan aktiviti saraf yang berterusan. Kekukuhan ini dapat menyebabkan otak dapat menahan kecederaan tertentu, melindungi fungsi kognitif dari gangguan.

"Memahami organisasi otak modular yang berlebihan akan menjadi penting untuk merancang strategi modulasi saraf dan memperbaiki yang sesuai dengan pemprosesan maklumat semula jadi otak," kata Li.