Sinirbilim

Uyarma Engelleme Oranı Beyin Gelişimini ve Bilişi Nasıl Şekillendirir?

Özet: Yeni bir çalışma, nöral uyarım (E) ve engelleme (I) arasında dengeli bir oranın, beyin gelişimi ve bilişsel performans için çok önemli olduğunu ortaya koyuyor. Araştırmacılar çocuklarda daha düşük E/I oranlarının daha iyi hafıza ve zeka ile ilişkili olduğunu buldu.

Bu denge, beyin bozukluklarının önlenmesi için hayati öneme sahiptir ve yeni bir yapay zeka ve MRI tekniği kullanılarak ölçülmüştür. Bulgular zihinsel sağlık sorunlarına yönelik kişiselleştirilmiş tedavilere ışık tutabilir.

Ana unsurlar:

  1. Çocuklarda daha düşük E/I oranları gelişmiş bilişsel performansla bağlantılıdır.
  2. Dengesiz E/I oranları otizm, Alzheimer ve epilepsi gibi rahatsızlıklara yol açabilir.
  3. Yeni bir AI ve MRI yöntemi, E/I oranlarının invaziv olmayan ölçümüne olanak tanır.

Kaynak: SUÜ

Dış ve iç uyaranların tüm vücut sistemimizin dengesini bozabildiği bir dünyada beynimiz aşırı uyarılmayı nasıl önler?

Cevap, beynimizin, E/I oranı olarak bilinen sinirsel uyarım (E) ve engelleme (I) dengesini koruma yeteneğinde yatmaktadır. E/I oranını düzenleyerek beyin aşırı uyarılmayı ve az uyarılmayı önler.

Çocukların E/I oranı sağlıklı gelişimle birlikte azalır. Yong Loo Lin Tıp Fakültesi’ndeki (NUS Tıp) Uyku ve Biliş Merkezi’nden araştırmacıların yaptığı çalışmalara göre, E/I oranı daha düşük olan çocukların hafıza ve zeka gibi bilişsel testlerde akranlarından daha iyi performans gösterdikleri gözlemlendi. .

Bu bir beyni gösterir.
Sağlıklı gelişimle birlikte E/I oranlarının azaldığını keşfederler. Kredi: Nörobilim Haberleri

E/I oranı ile beyin olgunlaşması arasında anlamlı bağlantılar kurmayı amaçlayan çalışma ekibi, dördüncü sınıf doktora öğrencisi Zhang Shaoshi, NUS Tıp Uyku ve Biliş Merkezi’nden Doçent Thomas Yeo, ABD’den Yardımcı Doçent Bart Larsen’den oluşuyor. Minnesota Üniversitesi ve Pensilvanya Üniversitesi’nden Doçent Theodore Satterthwaite, Amerika Birleşik Devletleri’nden 885 çocuk, ergen ve genç yetişkin ile Amerika Birleşik Devletleri’nden 154 çocuğun MRI beyin taramalarını inceleyerek gençlerde E/I oranının nasıl değiştiğini inceledi. Singapur. E/I oranı çocukluk ve ergenlik döneminde sürekli değişen ve gelişen bir durumdur.

Singapur veri grubu, Singapur’un gelecek neslin daha sağlıklı olmasına yardımcı olmayı amaçlayan en büyük ve en kapsamlı doğum grubu çalışması olan GUSTO’dan elde edildi.

Beynin Yin ve Yang’ı olarak tanımlanan araştırmacılar, çok fazla uyarılmanın veya aşırı engellemenin zararlı olabileceğini, bunun da otizm, Alzheimer hastalığı ve şizofreni gibi beyin bozukluklarının gelişme riskinin artmasına yol açabileceğini buldu.
Daha hafif durumlarda, çok fazla heyecanlanan biri sosyal durumlarda aşırı düşünebilir ve bu da kaygıya neden olabilir.

Gerçekten de anksiyete semptomlarını azaltmak için yaygın olarak kullanılan bir ilaç, sinirsel baskılamayı artıran ve böylece sinirsel uyarımı azaltan Xanax’tır. Daha ciddi senaryolarda aşırı uyarılma epileptik nöbete neden olabilir.

Spektrumun diğer ucunda, çok fazla engelleme, beyin aktivitesinin yokluğunu gösterir ve kişiyi etkin bir şekilde bitkisel duruma sokar. Bu nedenle uyarımı dengelemek için inhibisyona ihtiyaç vardır. Genel olarak dengeli bir E/I oranı, iyi işleyen bir beyin için önemlidir.

E/I’nin beyin sağlığı açısından önemine rağmen, invaziv teknikler kullanılmadan insan beynindeki oranını ölçmek zordur. Bu nedenle ekip, invaziv olmayan, radyoaktif olmayan MRI taramalarından E/I oranlarını çıkarmak için yapay zeka ile biyofiziksel modellemeyi birleştiren bir teknik geliştirdi.

Ekip, tahmin edilen E/I oranlarının geçerliliğini, katılımcıların anti-anksiyete ilacı (Xanax) veya plasebo aldıkları bir deney aracılığıyla gösterdi.

Ekibin hipotezi, Xanax yutulduğunda inhibisyonun artacağı ve dolayısıyla genel E/I oranının azalacağı yönünde. Bu hipotezi test etmek için araştırma ekibi sağlıklı bireyleri iki ayrı durumda taradı.

Bir katılımcıya bir MRI seansından önce Xanax, başka bir MRI seansında ise plasebo veriliyor. Bazı katılımcılara Xanax ilk oturumda, bazılarına ise ikinci oturumda Xanax verilebilir.

Bu deneye katılan tüm taraflar, bir MRI seansının plasebo mu yoksa anti-anksiyete ilacı mı içerdiğini bilmiyordu. Ekip, tahmini E/I oranı belirteçlerinin, katılımcılar Xanax’ı aldıktan sonra plaseboya kıyasla gerçekten daha düşük olduğunu buldu ve böylece tekniklerini doğruladı.

Çalışma ekibi daha sonra Singapur ve Amerika Birleşik Devletleri’nden 1000’den fazla çocuk, ergen ve genç yetişkinden oluşan geniş bir örneklemde beyin gelişimini incelemek için MRI beyin taramalarını kullanmaya devam etti. Sağlıklı gelişimle birlikte E/I oranlarının azaldığını keşfederler.

Daha sonra, E/I oranları ile bilişsel işlevler arasındaki bağlantıyı kurmak için ekip, yaşları 7 ile 23 arasında değişen katılımcıları belirli bilişsel testlerdeki puanlarına göre yüksek ve düşük performanslı gruplara ayırdı.

Yüksek performans gösteren grupların aynı yaştaki akranlarına göre daha düşük E/I oranlarına sahip olduğunu buldular; bu da gelişim sırasında E/I oranı olgunlaştıkça bilişsel yeteneklerin de geliştiğini gösteriyor.

Ekip, nörogelişim üzerine yaptıkları çalışmanın ötesinde, sağlıklı katılımcılar ile zihinsel bozukluklarla mücadele eden hastalar arasında E/I oranının nasıl farklılaştığını inceleyerek, çeşitli beyin bozukluklarına ilişkin mekanik içgörüler elde etme yaklaşımlarını uygulamaya isteklidir. Ekip ayrıca Alzheimer Hastalığı gibi nörodejeneratif bozukluklar hakkında bilgi edinmek için E/I oranının insanlar yaşlandıkça nasıl değiştiğini incelemeyi de amaçlıyor.

Aynı zamanda NUS Tasarım ve Mühendislik Koleji’nden ve bu çalışmanın Baş Araştırmacısı olan Doç. Dr. Thomas Yeo şunları ekliyor: “Bulgularımız beyin gelişimi konusundaki anlayışımızı geliştiriyor ve gençlikte psikopatolojinin ortaya çıkışını anlamamıza yönelik potansiyel yolları vurguluyor.

“Umarım, bu bulgular hangi beyin devrelerinin kolayca aşırı uyarıldığını veya aşırı inhibe edildiğini bulmamıza veya bireysel bir hastaya özgü belirli anormal beyin bölgelerini belirlememize yol açacaktır.

“Bu, uzun vadede beyin bozukluklarının tedavi sürecini şekillendirecek olan ilaçların veya beyin stimülasyonunun bireylere göre nasıl özelleştirilebileceğine daha fazla ışık tutabilir.”

Bu nörogelişim ve biliş araştırması haberleri hakkında

Soyut

Uyarma-inhibisyon oranının in vivo tam korteks belirteci, gençlerde kortikal olgunlaşmayı ve bilişsel yeteneği indeksler

Dengeli bir uyarma-inhibisyon oranı (E/I oranı), sağlıklı beyin fonksiyonu için kritik öneme sahiptir. Korteks çapında E/I oranının normatif gelişimi hala bilinmiyor. Burada, büyük ölçekli biyofiziksel olarak makul bir devre modelini dinlenme durumu fonksiyonel MRI (fMRI) verilerine yerleştirerek tüm korteks E/I oranının varsayılan bir işaretleyicisini invazif olmayan bir şekilde tahmin ediyoruz.

Öncelikle İnsan Bağlantı Projesi’nde modelimizin gerçekçi beyin dinamikleri ürettiğini doğruluyoruz. Daha sonra, tahmin edilen E/I oranı işaretleyicisinin fMRI sırasında gama-aminobütirik asit (GABA) agonisti benzodiazepin alprazolam’a duyarlı olduğunu gösteriyoruz.

Alprazolam kaynaklı E/I değişiklikleri, benzodiazepin reseptör yoğunluğunun pozitron emisyon tomografi ölçümüyle mekansal olarak tutarlıdır. Daha sonra E/I oranı belirteci ile nörogelişim arasındaki ilişkiyi araştırıyoruz.

E/I oranı işaretleyicisinin gençlik sırasında serebral korteks boyunca heterojen bir şekilde azaldığını, asosiyasyon sistemlerine göre en büyük azalmanın duyu-motor sistemlerde meydana geldiğini bulduk. Daha da önemlisi, aynı kronolojik yaştaki çocuklar arasında daha düşük bir E/I oranı işaretçisi (özellikle asosiasyon korteksinde) daha iyi bilişsel performansla bağlantılıdır.

Bu sonuç, Kuzey Amerikalı (8,2 ila 23,0 yaş arası) ve Asyalı (7,2 ila 7,9 yaş arası) kohortlarda tekrarlanmıştır; bu, daha olgun bir E/I oranı indekslerinin normatif gelişim sırasında bilişi iyileştirdiğini düşündürmektedir.

Genel olarak bulgularımız, bozulmuş E/I yörüngelerinin gençlik döneminde ortaya çıkan psikopatolojide bilişsel işlev bozukluğuna nasıl yol açabileceğinin araştırılmasına kapı açıyor.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/excitation-inhibition-cognition-development-26320/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu