Sinirbilim

Beyin Dalgaları Türler Arasındaki Katmanlı Aktivite Modellerini Ortaya Çıkarıyor

Özet: Araştırmacılar, beyin korteksinin farklı katmanlarının, üst katmanlarda hızlı gama dalgaları ve daha derin katmanlarda daha yavaş alfa ve beta dalgaları ile farklı elektriksel aktivite modelleri sergilediğini keşfettiler. Bu model, insanlar da dahil olmak üzere çeşitli beyin bölgeleri ve türleri arasında tutarlıdır ve kortikal fonksiyonda temel bir rol olduğunu düşündürmektedir.

Araştırma, bu salınımlardaki dengesizliklerin DEHB gibi nörolojik bozukluklarla bağlantılı olabileceğini gösteriyor. Bu çalışma sadece beyin fonksiyonuna dair anlayışımızı derinleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda nöropsikiyatrik bozuklukların teşhis ve tedavisinde yeni olanaklar da açıyor.

Ana unsurlar:

  1. Korteksin altı katmanı, farklı beyin bölgeleri ve türleri arasında tutarlı olan farklı elektriksel aktivite kalıplarını gösterir.
  2. Üst katmanlarda gama dalgaları, derin katmanlarda ise alfa ve beta dalgaları daha baskındır.
  3. Bu katmanlı salınımlardaki dengesizlikler çeşitli beyin bozukluklarına bağlı olabilir.

Kaynak: İLE

Beynin korteksi boyunca nöronlar, mikroskopla kolaylıkla görülebilen altı farklı katman halinde düzenlenmiştir. MIT sinir bilimcilerinden oluşan bir ekip, bu katmanların aynı zamanda birçok beyin bölgesinde ve insanlar da dahil olmak üzere çeşitli hayvan türlerinde tutarlı olan farklı elektriksel aktivite modelleri gösterdiğini keşfetti.

Araştırmacılar, en üst katmanlardaki nöron aktivitesinin, gama dalgaları olarak bilinen hızlı salınımların hakimiyetinde olduğunu buldu. Daha derin katmanlarda alfa ve beta dalgaları adı verilen daha yavaş salınımlar hakimdir. Araştırmacılar, bu modellerin evrenselliğinin, bu salınımların muhtemelen beyinde önemli bir rol oynadığını gösterdiğini söylüyor.

Bu bir dalga desenini gösterir.
Bilgi katmandan katmana geçtikçe, beynin yeni bir kurabiye tarifi hazırlamak veya bir telefon numarasını hatırlamak gibi belirli görevleri yerine getirmesine yardımcı olmak için gerektiğinde girdiler dahil edilebilir. Kredi: Nörobilim Haberleri

MIT’nin Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü üyesi ve Picower Nörobilim Profesörü Earl Miller şöyle diyor: “Kortekste bu kadar tutarlı ve her yerde bulunan bir şey gördüğünüzde, korteksin yaptığı işte çok temel bir rol oynuyor demektir.” Yeni çalışmanın kıdemli yazarları.

Araştırmacılar, bu salınımların birbirleriyle etkileşimindeki dengesizliklerin, dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu gibi beyin bozukluklarında rol oynayabileceğini söylüyor.

“Aşırı senkronize sinirsel aktivitenin epilepside rol oynadığı biliniyor ve şimdi farklı senkronizasyon patolojilerinin algı, dikkat, hafıza ve motor kontrol bozuklukları da dahil olmak üzere birçok beyin bozukluğuna katkıda bulunabileceğinden şüpheleniyoruz. Bir orkestrada, diğerleriyle senkronize olmayan bir şekilde çalınan bir enstrüman, tüm müzik parçasının tutarlılığını bozabilir” diyor MIT’nin McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü müdürü ve çalışmanın kıdemli yazarlarından biri olan Robert Desimone.

Vanderbilt Üniversitesi’nde psikoloji alanında yardımcı doçent olan André Bastos aynı zamanda bugün yayınlanan açık erişimli makalenin kıdemli yazarlarından biridir. Doğa Sinir Bilimi. Makalenin baş yazarları MIT araştırma bilimcisi Diego Mendoza-Halliday ve MIT doktora sonrası araştırmacısı Alex Major’dur.

Etkinlik katmanları

İnsan beyni, her biri kendi elektriksel ateşleme düzenine sahip milyarlarca nöron içerir. Benzer desenlere sahip nöron grupları birlikte, farklı frekanslara sahip olabilen elektriksel aktivite salınımlarını veya beyin dalgalarını üretir.

Miller’in laboratuvarı daha önce yüksek frekanslı gama ritimlerinin duyusal bilgilerin kodlanması ve geri getirilmesiyle ilişkili olduğunu, düşük frekanslı beta ritimlerinin ise çalışma belleğinden hangi bilgilerin okunacağını belirleyen bir kontrol mekanizması görevi gördüğünü göstermişti.

Laboratuvarı aynı zamanda prefrontal korteksin belirli kısımlarında, farklı beyin katmanlarının farklı salınım modelleri gösterdiğini de buldu: yüzeyde daha hızlı salınım ve derin katmanlarda daha yavaş salınım.

Bastos’un Miller’in laboratuvarında doktora sonrası çalışması sırasında yürüttüğü bir çalışma, hayvanlar işleyen hafıza görevlerini yerine getirirken, daha derin katmanlarda üretilen düşük frekanslı ritimlerin, yüzeysel katmanlarda üretilen yüksek frekanslı gama ritimlerini düzenlediğini gösterdi.

Beynin korteksi, çalışma belleğinin yanı sıra aynı zamanda düşüncenin, planlamanın ve duygu ve duyusal bilgilerin yüksek düzeyde işlenmesinin de merkezidir. Bu işlevlerle ilgili bölgelerde, nöronlar altı katman halinde düzenlenir ve her katmanın kendine özgü hücre türleri kombinasyonu ve beynin diğer alanlarıyla bağlantıları vardır.

Mendoza-Halliday, “Farelere, insanlara veya herhangi bir memeli türüne bakın, korteks anatomik olarak altı katman halinde organize edilmiştir ve bu model her türün içindeki tüm kortikal alanlarda mevcuttur” diyor.

“Ne yazık ki, beyin aktivitesine ilişkin pek çok çalışma bu katmanları göz ardı ediyor çünkü nöronların aktivitesini kaydettiğinizde, onların bu katmanlar bağlamında nerede olduklarını anlamak zor oluyor.”

Yeni makalede araştırmacılar, prefrontal kortekste gördükleri katmanlı salınım modelinin daha yaygın olup olmadığını, korteksin farklı kısımlarında ve türler arasında meydana gelip gelmediğini araştırmak istediler.

Miller’in laboratuvarı, Desimone’nin laboratuvarı ve Vanderbilt, Hollanda Nörobilim Enstitüsü ve Western Ontario Üniversitesi’ndeki işbirlikçilerinin laboratuvarlarından elde edilen verilerin bir kombinasyonunu kullanarak araştırmacılar, dört memeli türüne ait korteksin 14 farklı alanını analiz edebildiler. .

Bu veriler, geçirmekte oldukları bir cerrahi işlemin parçası olarak beynine elektrotlar yerleştirilen üç insan hastanın elektriksel aktivitesinin kayıtlarını içeriyordu.

Geçmişte tek tek kortikal katmanlardan kayıt yapmak zordu çünkü her katmanın kalınlığı bir milimetreden daha azdı, dolayısıyla bir elektrotun hangi katmandan kayıt yaptığını bilmek zordu.

Bu çalışma için elektriksel aktivite, tüm katmanlardan aynı anda kayıt yapan ve ardından verileri yazarların tasarladığı FLIP (frekans bazlı katman tanımlama prosedürü) adı verilen yeni bir hesaplama algoritmasına besleyen özel elektrotlar kullanılarak kaydedildi. Bu algoritma her sinyalin hangi katmandan geldiğini belirleyebilir.

“Daha yeni teknoloji, korteksin tüm katmanlarının aynı anda kaydedilmesine olanak sağlıyor. Bu, mikro devrelere daha geniş bir bakış açısı kazandırıyor ve bu katmanlı modeli gözlemlememize olanak tanıyor” diyor Major.

“Bu çalışma heyecan verici çünkü hem temel mikro devre modeli hakkında bilgi veriyor hem de beyni incelemek için yeni ve sağlam bir teknik sağlıyor. Beynin bir görevi yerine getiriyor olması ya da dinlenmesi önemli değil ve 5 ila 10 saniye kadar kısa bir sürede gözlemlenebiliyor.”

Araştırmacılar, incelenen her bölgede tüm türler arasında aynı katmanlı aktivite modelini buldu.

“Korteksin tüm alanlarında aynı modeli bulup bulamayacağımızı görmek için tüm verilerin toplu bir analizini yaptık ve işte, bu her yerdeydi. Bu, daha önce birkaç alanda görülen şeyin korteks boyunca temel bir mekanizmayı temsil ettiğinin gerçek bir göstergesiydi” diyor Mendoza-Halliday.

Dengeyi korumak

Bulgular, Miller’in laboratuvarının daha önce ortaya koyduğu, beynin mekansal organizasyonunun, yüksek frekanslı salınımlarla taşınan yeni bilgilerin, düşük frekanslı salınımlarla korunan mevcut anılara ve beyin süreçlerine dahil edilmesine yardımcı olduğunu öne süren bir modeli destekliyor. .

Bilgi katmandan katmana geçtikçe, beynin yeni bir kurabiye tarifi hazırlamak veya bir telefon numarasını hatırlamak gibi belirli görevleri yerine getirmesine yardımcı olmak için gerektiğinde girdiler dahil edilebilir.

Bastos, “Bu frekansların laminer bir şekilde ayrılmasının sonucu, gözlemlediğimiz gibi, yüzeysel katmanların harici duyusal bilgiyi daha hızlı frekanslarla temsil etmesine ve derin katmanların içsel bilişsel durumları daha yavaş frekanslarla temsil etmesine izin vermek olabilir” diyor.

“Bunun üst düzey anlamı, korteksin, ‘dışsal’ bilgileri ‘içsel’ bilgilerden ayırmak için hem anatomiyi hem de salınımları içeren birden fazla mekanizmaya sahip olduğudur.”

Bu teoriye göre, yüksek ve düşük frekanslı salınımlar arasındaki dengesizlikler, yüksek frekansların baskın olduğu ve çok fazla duyusal bilginin içeri girdiği DEHB gibi dikkat bozukluklarına veya düşük frekanslı salınımların çok fazla olduğu şizofreni gibi sanrısal bozukluklara yol açabilir. güçlü ve yeterli duyusal bilgi içeri girmiyor.

Miller, “Yukarıdan aşağıya kontrol sinyalleri ile aşağıdan yukarıya duyusal sinyaller arasındaki uygun denge, korteksin yaptığı her şey için önemlidir” diyor. “Denge ters gittiğinde, çok çeşitli nöropsikiyatrik bozukluklarla karşılaşıyorsunuz.”

Araştırmacılar şimdi bu salınımları ölçmenin bu tür bozuklukların teşhisine yardımcı olup olmayacağını araştırıyorlar. Araştırmacılar, aynı zamanda salınımları yeniden dengelemenin davranışı değiştirip değiştiremeyeceğini de araştırıyorlar; bu yaklaşımın bir gün dikkat eksikliği veya diğer nörolojik bozuklukları tedavi etmek için kullanılabileceğini söylüyorlar.

Araştırmacılar ayrıca, farklı beyin bölgelerindeki katmanlı salınım modellerini daha ayrıntılı olarak karakterize etmek için diğer laboratuvarlarla birlikte çalışmayı da umuyorlar.

“Umudumuz, bu standartlaştırılmış raporlamanın yeterli olmasıyla, motor çıktılar, görme, hafıza ve dikkat için kullanılabilecek ortak bir hesaplama mekanizmasını ortaya çıkarabilecek farklı alanlar veya işlevler arasındaki ortak aktivite modellerini görmeye başlayacağımızdır. vesaire,” diyor Mendoza-Halliday.

Finansman:

Araştırma, ABD Deniz Araştırmaları Ofisi, ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri, ABD Ulusal Göz Enstitüsü, ABD Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü, Picower Enstitüsü, Simons Sosyal Beyin Doktora Sonrası Bursu Merkezi ve Kanadalı bir kişi tarafından finanse edildi. Sağlık Enstitüleri Doktora Sonrası Bursu.

Bu sinirbilim araştırma haberi hakkında

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/brain-waves-activity-pattern-25482/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu