UCI neuroforskere opdager underliggende mekanismer bag hjernens arbejde på højt niveau

UCI neuroforskere opdager underliggende mekanismer bag hjernens arbejde på højt niveau

Vores evne til at tænke, beslutte, huske aktuelle begivenheder og mere kommer fra neocortex i vores hjerne. Nu har neuroforskere ved University of California, Irvine opdaget nøgleaspekter af mekanismerne bag disse funktioner. Deres resultater kunne i sidste ende hjælpe med at forbedre behandlingen af ​​visse neuropsykiatriske lidelser og hjerneskader. Deres undersøgelse vises i Neuron.

Forskere har længe vidst, at neocortex integrerer såkaldte feedforward- og feedback-informationsstrømme. Feedforward-data videresendes af hjernens sansesystemer fra periferien (vores sanser) til højere-ordens områder af neocortex. Disse hjerneområder på højt niveau sender derefter feedback-information for at forfine og justere sensorisk behandling. Denne frem-og-tilbage-kommunikation gør det muligt for hjernen at være opmærksom, bevare korttidsminder og træffe beslutninger.

Et simpelt eksempel er, når du vil krydse en travl gade. Der er træer, mennesker, kørende køretøjer, trafiklys, skilte og meget mere. Din neocortex på højere niveau fortæller dit sansesystem, hvilken opmærksomhed der er fortjent til at beslutte, hvornår du skal flytte over."

Gyorgy Lur, Ph.D., tilsvarende forfatter, assisterende professor i neurobiologi og adfærd, School of Biological Sciences

Samspillet mellem systemer på højere og lavere niveau giver os også mulighed for at huske, hvad du så, da du kiggede i begge retninger for at indsamle oplysningerne. "Hvis du ikke havde den korttidshukommelse, ville du bare blive ved med at kigge frem og tilbage og aldrig bevæge dig," sagde han. "Faktisk, hvis vores feedforward- og feedbackstrømme ikke konstant arbejdede sammen, ville vi gøre meget lidt undtagen at reagere gennem reflekser."

Forskere har ikke været sikre på, hvordan neuroner i hjernen er involveret i disse komplekse processer. Lur og hans kolleger opdagede, at feedforward og feedback-signaler konvergerer på individuelle neuroner i parietalregionerne i neocortex. Forskerne fandt også ud af, at forskellige typer kortikale neuroner fusionerer de to informationsstrømme på væsentligt forskellige tidsskalaer og identificerede den cellulære og kredsløbsarkitektur, der understøtter disse forskelle.

"Forskere vidste allerede, at integration af flere sanser forbedrer neurale reaktioner," sagde Lur. "Hvis du kun ser noget eller kun hører noget, er din reaktionstid langsommere, end hvis du opfatter det med begge sanser på samme tid. Vi har identificeret de underliggende mekanismer, der gør dette muligt."

Han bemærkede, at undersøgelsens data tyder på, at de samme principper gælder, når en strøm af information er sensorisk, og den anden er kognitiv.

Forståelse af disse processer er afgørende for at udvikle fremtidige behandlinger for neuropsykiatriske lidelser såsom sensoriske processeringsforstyrrelser, skizofreni og ADHD, såvel som for slagtilfælde og andre neocortex-skader.

Lur er stipendiat ved Center for Neurobiologi af Læring og Hukommelse, Center for Neural Circuit Mapping og Center for Høreforskning ved UC Irvine.

Ph.d.-kandidat Daniel Rindner, som udførte alle neuronale optagelser og biologisk vævsarbejde, fungerede som førsteforfatter af papiret. Archana Proddutur, Ph.D., en postdoc-forsker i laboratoriet og anden forfatter af papiret, udførte beregningsmodellering, der førte til den mekanistiske forståelse af de processer, der integrerer sensoriske og kognitive informationsstrømme. Hendes forskning er blevet støttet af Whitehall Foundation, National Institute of Mental Health, National Institute of Neurological Disorders and Stroke og National Institute on Deafness and Other Communications Disorders.

Kilde:

University of California, Irvine

Reference:

Rindner, DJ, et al. (2022) Celletypespecifik integration af synaptisk feedforward og feedback-input i posterior parietal cortex. Neuron. doi.org/10.1016/j.neuron.2022.08.019.

.