Deli možganov brez povezave, tudi ko smo budni

Nove raziskave kažejo, da deli možganov naravno kolesarijo in izklapljajo tudi takrat, ko smo budni. Preiskovalci univerze Stanford verjamejo, da bi to lahko privedlo do posegov, s katerimi bi zagotovili, da so možganska področja, ki jih uporabljamo, na spletu in delujejo v največji možni meri.

Znanstvenik pojasnjuje, da v globokem spancu aktivnost naših možganov upada in teče v velikih, očitnih valovih, kot bi opazovali, kako se plima človeških teles dviguje in usede okoli športnega stadiona. Težko je zgrešiti.

V novi študiji so raziskovalci odkrili, da obstajajo enaki cikli kot v spanju, vendar le v majhnih odsekih, ki sedijo in stojijo v sozvočju in ne na celotnem stadionu. Kot da majhni deli možganov ves čas neodvisno zaspijo in se zbudijo nazaj.

Še več, zdi se, da se nevroni, ko zavijejo v bolj aktivno ali »vklopljeno« stanje, bolje odzivajo na svet. Nevroni tudi več časa preživijo v stanju pripravljenosti, ko so pozorni na neko nalogo. Ta ugotovitev kaže, da bi lahko procesi, ki uravnavajo možgansko aktivnost v spanju, prav tako imeli pomembno vlogo pri pozornosti.

"Selektivna pozornost je podobna nekoliko bolj budnim majhnim delom možganov," je povedala dr. Tatiana Engel, podoktorska sodelavka in sovodilka pri raziskavi, nedavno objavljena v Znanost.

Nekdanji podiplomski študent Nicholas Steinmetz je drugi sovodilni avtor z nevrofiziološkimi eksperimenti, opravljenimi v laboratoriju dr. Tirin Moore, profesorice nevrobiologije in ene starejših avtoric.

Za razumevanje teh novoodkritih ciklov je treba vedeti nekaj o tem, kako so možgani organizirani.

Če bi zabodli čep neposredno v možgane, bi se vse možganske celice, ki bi jih zadeli, odzvale na iste vrste stvari. V enem stolpcu se lahko vsi odzovejo na predmete v določenem delu vidnega polja - na primer zgoraj desno.

Skupina je uporabila kar nekaj sklopov zelo občutljivih zatičev, ki lahko beležijo aktivnost iz kolone nevronov v možganih.

V preteklosti so ljudje vedeli, da posamezni nevroni prehajajo skozi faze bolj ali manj aktivne, toda s to sondo so prvič videli, da so vsi nevroni v določeni koloni med streljanjem zelo hitro kolesarili in nato streljali na veliko počasneje, podobno kot usklajeni cikli v spanju.

"V neaktivnem stanju vsi nevroni začnejo hitro streljati," je povedala dr. Kwabena Boahen, profesorica bioinženiringa in elektrotehnike na Stanfordu in višja avtorica v prispevku.

»Potem pa kar naenkrat preprosto preklopijo na nizko stopnjo streljanja. To vklapljanje in izklapljanje se dogaja ves čas, kot da nevroni premikajo kovanec, da se odločijo, ali bodo vklopljeni ali izklopljeni. "

Ti cikli, ki se pojavljajo v zaporedju sekund ali delcev sekund, v budnem stanju niso bili tako vidni, ker se val ne širi veliko dlje od tega stolpca, za razliko od spanja, ko se val širi po skoraj celotnih možganih in ga je enostavno zaznati.

Skupina je ugotovila, da so stanja višje in nižje aktivnosti povezana s sposobnostjo odzivanja na svet.

Skupina je imela sondo v območju možganov pri opicah, ki posebej zazna en del vizualnega sveta. Opice so bile usposobljene, da so pozorne na znak, ki kaže, da se bo nekaj v določenem delu vidnega polja - v zgornjem desnem, recimo v spodnjem levem - kmalu nekoliko spremenilo. Opice so nato dobile priboljšek, če so pravilno ugotovile, da so videle to spremembo.

Ko je ekipa dala napotek, kje se lahko zgodi sprememba, so nevroni v koloni, ki zazna ta del sveta, začeli več časa preživeti v aktivnem stanju.

V bistvu so vsi še naprej soglasno premetavali države, vendar so več časa preživeli v aktivnem stanju, če so bili pozorni. Če je prišlo do spremembe dražljaja, ko so bile celice v aktivnejšem stanju, je bila tudi verjetnost, da bo opica pravilno prepoznala opico.

"Opica je zelo dobra pri zaznavanju dražljajev, ko so nevroni v tem stolpcu v vklopljenem stanju, ne pa v izklopljenem stanju," je dejal Engel. Tudi če je opica znala biti pozorna na določeno področje, je opica pogosto zamudila dražljajev.

Engel je dejal, da je ta ugotovitev nekaj, kar bi lahko poznalo marsikoga. Včasih misliš, da si pozoren, je poudarila, a vseeno boš pogrešala stvari.

Znanstveniki so povedali, da se ugotovitve nanašajo tudi na predhodno delo, ki je pokazalo, da imajo bolj previdne živali in ljudje navadno bolj razširjene zenice.

V sedanjem delu, ko so možganske celice preživele več časa v aktivnem stanju, so bile tudi opičje zenice bolj razširjene. Ugotovitve kažejo interakcijo med sinhronimi nihanji v možganih, pozornostjo do naloge in zunanjimi znaki budnosti.

"Zdi se, da so mehanizmi pozornosti in vzburjenja precej soodvisni," je dejal Moore.

Raziskava prinaša nova vprašanja.

Preiskovalci pravijo, da je ena od poizvedb, ki izhajajo iz tega dela, zakaj nevroni preidejo v nižjo aktivnost, ko smo budni. Zakaj ne bi ves čas ostali v bolj aktivnem stanju?

En odgovor bi se lahko nanašal na energijo. "Ves čas sprožajo presnovni stroški," je dejal Boahen. Možgani porabijo veliko energije in morda dajanje celicam priložnost, da naredijo energijski ekvivalent sedenja, omogoča možganom prihranek energije.

Tudi ko so nevroni zelo aktivni, ustvarjajo celične stranske proizvode, ki lahko poškodujejo celice. Engel je poudaril, da lahko stanja z nizko aktivnostjo omogočijo čas, da odstranijo te nevronske odpadke. "Ta članek predlaga mesta, kjer je treba iskati te odgovore," je dejal Engel.

Vir: Univerza Stanford