Εγκέφαλος: Το μοντέλο βοηθά να εξηγηθεί πώς μπορεί να αλλάξει η υποκείμενη κατάσταση του εγκεφάλου, επηρεάζοντας την προσοχή, την εστίαση ή την ικανότητα των ανθρώπων να επεξεργάζονται πληροφορίες
Για χρόνια, ο εγκέφαλος θεωρείται ως ένας βιολογικός υπολογιστής που επεξεργάζεται πληροφορίες μέσω παραδοσιακών κυκλωμάτων, όπου τα δεδομένα μεταφέρονται απευθείας από το ένα κύτταρο στο άλλο. Ενώ αυτό το μοντέλο είναι ακόμα ακριβές, μια νέα μελέτη με επικεφαλής τον καθηγητή Salk Thomas Albright και τον επιστήμονα του προσωπικού Sergei Gepshtein δείχνει ότι υπάρχει επίσης ένας δεύτερος, πολύ διαφορετικός τρόπος με τον οποίο ο εγκέφαλος αναλύει τις πληροφορίες: μέσω των αλληλεπιδράσεων των κυμάτων της νευρικής δραστηριότητας. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Science Advances στις 22 Απριλίου 2022, βοηθούν τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα πώς ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις πληροφορίες. “Έχουμε τώρα μια νέα κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί ο υπολογιστικός μηχανισμός του εγκεφάλου”, λέει ο Albright, επικεφαλής του Conrad T. Prebys στο Vision Research και διευθυντής του εργαστηρίου του Salk’s Vision Center.
“Το μοντέλο βοηθά να εξηγηθεί πώς μπορεί να αλλάξει η υποκείμενη κατάσταση του εγκεφάλου, επηρεάζοντας την προσοχή, την εστίαση ή την ικανότητα των ανθρώπων να επεξεργάζονται πληροφορίες”. Οι ερευνητές γνώριζαν από καιρό ότι υπάρχουν κύματα ηλεκτρικής δραστηριότητας στον εγκέφαλο, τόσο κατά τη διάρκεια του ύπνου όσο και κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης. Αλλά οι υποκείμενες θεωρίες σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις πληροφορίες – ιδιαίτερα τις αισθητηριακές πληροφορίες, όπως η θέα ενός φωτός ή ο ήχος ενός κουδουνιού – έχουν περιστραφεί γύρω από πληροφορίες που ανιχνεύονται από εξειδικευμένα εγκεφαλικά κύτταρα και στη συνέχεια μεταφέρονται από τον έναν νευρώνα στον επόμενο. αναμετάδοση. Αυτό το παραδοσιακό μοντέλο του εγκεφάλου, ωστόσο, δεν μπορούσε να εξηγήσει πώς ένα μεμονωμένο αισθητήριο κύτταρο μπορεί να αντιδράσει τόσο διαφορετικά στο ίδιο πράγμα υπό διαφορετικές συνθήκες.
Ένα κύτταρο, για παράδειγμα, μπορεί να ενεργοποιηθεί ως απόκριση σε μια γρήγορη λάμψη φωτός όταν ένα ζώο είναι ιδιαίτερα σε εγρήγορση, αλλά θα παραμείνει ανενεργό ως απόκριση στο ίδιο φως εάν η προσοχή του ζώου εστιαστεί σε κάτι άλλο. Ο Gepshtein παρομοιάζει τη νέα κατανόηση με τη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου στη φυσική και τη χημεία – την ιδέα ότι το φως και η ύλη έχουν ιδιότητες τόσο των σωματιδίων όσο και των κυμάτων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το φως συμπεριφέρεται σαν να είναι ένα σωματίδιο (γνωστό και ως φωτόνιο). Σε άλλες περιπτώσεις, συμπεριφέρεται σαν να είναι κύμα. Τα σωματίδια περιορίζονται σε μια συγκεκριμένη θέση και τα κύματα κατανέμονται σε πολλές τοποθεσίες. Και οι δύο απόψεις του φωτός χρειάζονται για να εξηγηθεί η περίπλοκη συμπεριφορά του.
“Η παραδοσιακή άποψη για τη λειτουργία του εγκεφάλου περιγράφει την εγκεφαλική δραστηριότητα ως αλληλεπίδραση νευρώνων. Καθώς κάθε νευρώνας περιορίζεται σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία, αυτή η άποψη είναι παρόμοια με την περιγραφή του φωτός ως σωματίδιο”, λέει ο Gepshtein, διευθυντής του Salk’s Collaboratory for Adaptive Sensory. τεχνολογίες. “Βρήκαμε ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, η εγκεφαλική δραστηριότητα περιγράφεται καλύτερα ως αλληλεπίδραση κυμάτων, η οποία είναι παρόμοια με την περιγραφή του φωτός ως κύματος. Και οι δύο απόψεις χρειάζονται για την κατανόηση του εγκεφάλου.” Ορισμένες ιδιότητες των αισθητηριακών κυττάρων που παρατηρήθηκαν στο παρελθόν δεν ήταν εύκολο να εξηγηθούν δεδομένης της προσέγγισης σωματιδίων στον εγκέφαλο.
Στη νέα μελέτη, η ομάδα παρατήρησε τη δραστηριότητα 139 νευρώνων σε ένα ζωικό μοντέλο για να κατανοήσει καλύτερα πώς τα κύτταρα συντόνιζαν την απόκρισή τους στις οπτικές πληροφορίες. Σε συνεργασία με τον φυσικό Sergey Savel’ev του Πανεπιστημίου Loughborough, δημιούργησαν ένα μαθηματικό πλαίσιο για την ερμηνεία της δραστηριότητας των νευρώνων και την πρόβλεψη νέων φαινομένων. Ο καλύτερος τρόπος για να εξηγηθεί πώς συμπεριφέρονταν οι νευρώνες, ανακάλυψαν, ήταν μέσω της αλληλεπίδρασης των μικροσκοπικών κυμάτων δραστηριότητας και όχι της αλληλεπίδρασης μεμονωμένων νευρώνων. Αντί για μια λάμψη φωτός που ενεργοποιεί εξειδικευμένα αισθητήρια κύτταρα, οι ερευνητές έδειξαν πώς δημιουργεί κατανεμημένα μοτίβα: κύματα δραστηριότητας σε πολλά γειτονικά κύτταρα, με εναλλασσόμενες κορυφές και κοιλότητες ενεργοποίησης, όπως τα κύματα του ωκεανού.
Όταν αυτά τα κύματα δημιουργούνται ταυτόχρονα σε διαφορετικά σημεία του εγκεφάλου, αναπόφευκτα συγκρούονται το ένα με το άλλο. Εάν συναντηθούν δύο κορυφές δραστηριότητας, παράγουν μια ακόμη υψηλότερη δραστηριότητα, ενώ εάν μια κατώτατη γραμμή χαμηλής δραστηριότητας συναντήσει μια κορυφή, μπορεί να την ακυρώσει. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται παρεμβολή κυμάτων. “Όταν είσαι έξω στον κόσμο, υπάρχουν πολλές, πολλές εισροές και έτσι δημιουργούνται όλα αυτά τα διαφορετικά κύματα”, λέει ο Albright. “Η καθαρή απόκριση του εγκεφάλου στον κόσμο γύρω σας έχει να κάνει με το πώς αλληλεπιδρούν όλα αυτά τα κύματα”.
Διαβάστε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις για την υγεία από την Ελλάδα και τον Κόσμο
Ακολουθήστε το healthweb.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Ακολουθήστε το healthweb.gr στο κανάλι μας στο YouTube
