Yenilikler

Makale: Bilişi ve işlev bozukluğunu anlamak için sinirbilimcilerin onun ritimlerini öğrenmesi gerekir

Bilim adamları yeni bir makalede, düşüncenin beyinde milyonlarca nöronun ritmik ve mekansal olarak koordine edilmiş aktivitesi yoluyla ortaya çıktığını ve kontrol edildiğini ileri sürüyorlar. Bilişi ve bozukluklarını anlamak, onu bu düzeyde çalışmayı gerektirir.

Telefonunuzdaki pikselleri mikroskop altında gözlemlemek çok bilgilendirici olabilir, ancak amacınız ekrandaki videonun tamamının ne gösterdiğini anlamaksa bu mümkün değildir. Biliş, beyinde hemen hemen aynı türde ortaya çıkan bir özelliktir. MIT sinir bilimcilerinden oluşan üçlü, bunun ancak milyonlarca hücrenin koordinasyon içinde nasıl hareket ettiğini gözlemleyerek anlaşılabileceğini öne sürüyor. Yeni bir makalede, düşüncenin, aynı zamanda beyin “dalgaları” veya “ritimleri” olarak da bilinen, salınımlı elektrik alanları tarafından yönlendirilen sinirsel aktivitenin koordinasyonundan nasıl ortaya çıktığını anlamak için bir çerçeve ortaya koyuyorlar.

Picower Profesörü Earl Miller ve araştırma bilim insanları Scott Brincat ve Jefferson Roy, tarihsel olarak yalnızca sinirsel aktivitenin yan ürünleri olarak göz ardı edilen beyin ritimlerinin aslında bunu organize etmek için kritik öneme sahip olduğunu yazıyor. Davranış Biliminde Güncel Görüş. Nörobilimciler, bireysel beyin hücrelerinin nasıl bağlandığını ve belirli devreler yoluyla uyarı göndermek için nasıl ve ne zaman “sivri uçlar” yaydıklarını inceleyerek muazzam bilgi edinmiş olsalar da, aynı zamanda beyin ritmi ölçeğinde, genişleyebilen yeni kavramların takdir edilmesi ve uygulanmasına da ihtiyaç vardır. bireysel, hatta birden fazla beyin bölgesi.

Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü ve MIT Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümü öğretim üyesi olan kıdemli yazar Miller, “Sivri uçlar ve anatomi önemli, ancak beyinde bunun ötesinde daha fazlası oluyor” dedi. “Daha yüksek düzeyde pek çok işlevsellik, özellikle de biliş gerçekleşiyor.”

Yazarlar, beyni bu ölçekte incelemenin risklerinin yalnızca sağlıklı üst düzey işlevlerin anlaşılmasını değil, aynı zamanda bu işlevlerin hastalık durumunda nasıl bozulduğunu da içerebileceğini yazıyor.

“Şizofreni, epilepsi ve Parkinson gibi pek çok nörolojik ve psikiyatrik bozukluk, sinir senkronizasyonu gibi acil özelliklerin bozulmasına neden oluyor” diye yazıyorlar. “Bu ortaya çıkan özelliklerin nasıl yorumlanacağını ve bunlarla nasıl arayüz oluşturulacağını anlamanın, etkili tedaviler geliştirmenin yanı sıra bilişi anlamak için kritik olacağını tahmin ediyoruz.”

Düşüncelerin ortaya çıkışı

Araştırmacılar, bireysel nöronların ölçeği ile birçok hücrenin daha geniş ölçekli koordinasyonu arasındaki köprünün elektrik alanları üzerine kurulduğunu yazıyor. “Efaptik eşleşme” adı verilen bir olay yoluyla, bir nöronun aktivitesi tarafından üretilen elektrik alanı, komşu nöronların voltajını etkileyerek aralarında bir hizalanma yaratabilir. Bu şekilde elektrik alanları hem sinirsel aktiviteyi yansıtır hem de onu etkiler. Miller ve meslektaşları, 2022’deki bir makalede, deneyler ve hesaplamalı modelleme yoluyla, nöron toplulukları tarafından üretilen elektrik alanlarında kodlanan bilgilerin, tek tek hücrelerin sivri uçları tarafından kodlanan bilgilerden daha güvenilir bir şekilde okunabileceğini gösterdi. 2023’te Miller’in laboratuvarı, ritmik elektrik alanlarının bölgeler arasındaki anıları koordine edebildiğine dair kanıtlar sağladı.

Ritmik elektrik alanlarının beyin bölgeleri arasında bilgi taşıdığı bu daha büyük ölçekte, Miller’in laboratuvarı, “beta” bandı olarak adlandırılan banttaki düşük frekanslı ritimlerin beyin korteksinin daha derin katmanlarından kaynaklandığını ve beyin korteksinin beyin bölgelerini düzenlediğini gösteren çok sayıda çalışma yayınladı. daha yüzeysel katmanlarda daha hızlı frekanslı “gama” ritimlerinin gücü. Laboratuvar, işleyen hafıza oyunlarıyla uğraşan hayvanların beyinlerindeki sinirsel aktiviteyi kaydederek, beta ritimlerinin, gama ritimlerinin hayvanların hatırlaması gereken görüntüler gibi duyusal bilgileri ne zaman ve nerede kodlayabileceğini kontrol etmek için “yukarıdan aşağıya” sinyaller taşıdığını gösterdi. oyun.

Laboratuvardaki en son kanıtlardan bazıları, beta ritimlerinin bilişsel süreçlerin bu kontrolünü korteksin fiziksel bölgelerine uyguladığını, esasen gama’nın duyusal bilgiyi belleğe nerede ve ne zaman kodlayabileceğini veya geri alabileceğini belirleyen şablonlar gibi davrandığını gösteriyor. Miller’in “Uzaysal Hesaplama” adını verdiği bu teoriye göre beta, belirli bilgi içeriği değişse bile (örneğin, şifreli bir kilidi açmak için gereken ileri geri dönüşler gibi) bir görevin genel kurallarını oluşturabilir (örneğin, bir şifreli kilidi açmak için gereken ileri geri dönüşler). örneğin kombinasyon değiştiğinde yeni sayılar). Yazarlar, daha genel olarak, bu yapının, nöronların aynı anda birden fazla tür bilgiyi esnek bir şekilde kodlamasına da olanak tanıdığını yazıyor; bu, “karışık seçicilik” olarak adlandırılan, yaygın olarak gözlemlenen bir sinirsel özellik. Örneğin, bir dizi kilit kombinasyonunu kodlayan bir nöron, hangi beta kalıplı yamanın içinde olduğuna ve sayının önemli olduğu kilit açma sürecinin belirli adımına bağlı olarak da atanabilir.

Yeni çalışmada Miller, Brincat ve Roy, bilişsel kontrolün büyük ölçekli koordineli ritmik aktivite etkileşimine dayalı olmasıyla tutarlı başka bir avantaj öne sürüyor: “Altuzay kodlaması.” Bu fikir, beyin ritimlerinin, örneğin 1000 nöronun bağımsız ani artış aktivitesine katılmasından kaynaklanabilecek çok sayıda olası sonucu organize ettiğini öne sürüyor. Pek çok kombinatoryal olasılık yerine, aslında daha az aktivite “alt uzayı” ortaya çıkıyor çünkü nöronlar bağımsız olmaktan çok koordineli. Sanki nöronların yükselişi, hareketlerini koordine eden bir kuş sürüsüne benziyor. Beyin ritimlerinin farklı fazları ve frekansları bu koordinasyonu sağlar, birbirini güçlendirecek şekilde hizalanır veya girişimi önlemek için dengelenir. Örneğin, bir duyusal bilginin hatırlanması gerekiyorsa, onu temsil eden sinirsel aktivite, yeni duyusal bilgi algılandığında müdahaleden korunabilir.

Yazarlar, “Böylece sinirsel tepkilerin altuzaylara düzenlenmesi, bilgiyi hem ayırabilir hem de bütünleştirebilir” diye yazıyor.

Yazarlar, beyin ritimlerinin beyindeki bilgi işlemeyi koordine etme ve organize etme gücünün, işlevsel bilişin bu ölçekte ortaya çıkmasını sağlayan şey olduğunu yazıyor. Bu nedenle beyindeki bilişi anlamak, ritimleri incelemeyi gerektirir.

Yazarlar şu sonuca varıyor: “Bireysel sinir bileşenlerini (bireysel nöronlar ve sinapslar) ayrı ayrı incelemek, beyni anlamamıza muazzam katkılarda bulundu ve hala önemini koruyor.” “Ancak, beynin karmaşıklığını tam olarak yakalamak için bu bileşenlerin, ortaya çıkan özelliklerini belirlemek, incelemek ve ilişkilendirmek amacıyla birlikte analiz edilmesi gerektiği giderek daha açık hale geliyor.”

Kaynak ve İleri Okuma: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240417182829.htm

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu