Nadmiarowa sieć modułowa wspiera prawidłową komunikację mózgową

mózg

Przypomnij sobie numer telefonu lub właśnie wyrecytowane wskazówki, a Twój mózg będzie aktywnie komunikował się w wielu regionach. Uważa się, że pamięć robocza opiera się na interakcjach między tymi regionami, ale sposób, w jaki te obszary mózgu oddziałują i właściwie reprezentują pamięć, pozostaje tajemnicą.

W Baylor College of Medicine dr Nuo Li, adiunkt neurobiologii i stypendysta McNair, wraz z kolegami zbadał naturę komunikacji między regionami mózgu zaangażowanymi w pamięć roboczą i znaleźli dowody na to, że modułowa organizacja sieci ma kluczowe znaczenie dla trwałej aktywności neuronowej .

Jak komunikują się regiony mózgu

Li i jego koledzy byli w stanie zobaczyć, że każda półkula mózgu ma osobną reprezentację pamięci. Jednak półkule są ściśle skoordynowane z chwili na chwilę, co skutkuje wysoce spójną informacją w ich obrębie podczas pamięci roboczej.

W swoim badaniu naukowcy zaangażowali myszy w proste zachowanie, które wymagałoby od nich przechowywania określonych informacji. Uczono ich, aby o kilka sekund opóźniali wykonanie polecenia. To opóźnienie czasowe dało naukowcom szansę przyjrzenia się aktywności mózgu podczas procesu pamięci.

„Widzieliśmy, jak wiele neuronów działa jednocześnie z obu półkul kory w skoordynowany sposób. Jeśli aktywność wzrosła w jednym regionie, drugi region podążał za nim. Postawiliśmy hipotezę, że interakcje między półkulami mózgu są odpowiedzialne za tę pamięć” – powiedział Li.

Li i jego koledzy rejestrowali aktywność na każdej półkuli, pokazując, że każda z nich tworzy własną kopię informacji podczas procesu pamięci. Jak więc komunikują się dwie półkule?

Li wyjaśnił, że dzięki wykorzystaniu optogenetyki byli w stanie zniekształcić informacje na jednej półkuli, wpływając na tysiące neuronów w okresie pamięci. To, co znaleźli, było nieoczekiwane.

„Kiedy zakłóciliśmy jedną półkulę, drugi obszar wyłączył komunikację, zasadniczo zapobiegając rozprzestrzenianiu się korupcji i wpływaniu na aktywność w innych regionach” – powiedział Li. „Jest to podobne do nowoczesnych sieci, takich jak sieci elektroenergetyczne. Są połączone, aby umożliwić przepływ energii elektrycznej, ale także monitorować usterki, wyłączając połączenia w razie potrzeby, aby cała sieć elektryczna nie uległa awarii”.

We współpracy z dr Shaul Druckmann i Ph.D. Student Byungwoo Kang z Uniwersytetu Stanforda, naukowcy opracowali analizy teoretyczne i symulacje sieciowe tego procesu, pokazując, że ta modułowa organizacja w mózgu ma kluczowe znaczenie dla odporności trwałej aktywności neuronowej. Ta odporność może być odpowiedzialna za to, że mózg jest w stanie wytrzymać pewne urazy, chroniąc funkcje poznawcze przed rozproszeniem uwagi.

„Zrozumienie nadmiarowej modułowej organizacji mózgu będzie ważne przy projektowaniu strategii modulacji i naprawy neuronów, które są kompatybilne z naturalnym przetwarzaniem informacji przez mózg” – powiedział Li.