Οι νευροεπιστήμονες της UCI ανακαλύπτουν υποκείμενους μηχανισμούς πίσω από την εργασία υψηλού επιπέδου του εγκεφάλου

Οι νευροεπιστήμονες της UCI ανακαλύπτουν υποκείμενους μηχανισμούς πίσω από την εργασία υψηλού επιπέδου του εγκεφάλου

Η ικανότητά μας να σκεφτόμαστε, να αποφασίζουμε, να θυμόμαστε τρέχοντα γεγονότα και πολλά άλλα προέρχεται από το νεοφλοιό του εγκεφάλου μας. Τώρα οι νευροεπιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Irvine, ανακάλυψαν βασικές πτυχές των μηχανισμών πίσω από αυτές τις λειτουργίες. Τα ευρήματά τους θα μπορούσαν τελικά να βοηθήσουν στη βελτίωση της θεραπείας ορισμένων νευροψυχιατρικών διαταραχών και εγκεφαλικών βλαβών. Η μελέτη τους εμφανίζεται στο Neuron.

Οι επιστήμονες γνώριζαν από καιρό ότι ο νεοφλοιός ενσωματώνει τις λεγόμενες ροές πληροφοριών ανατροφοδότησης και ανατροφοδότησης. Τα δεδομένα προώθησης αναμεταδίδονται από τα αισθητήρια συστήματα του εγκεφάλου από την περιφέρεια (τις αισθήσεις μας) σε περιοχές υψηλότερης τάξης του νεοφλοιού. Αυτές οι υψηλού επιπέδου περιοχές του εγκεφάλου στέλνουν στη συνέχεια πληροφορίες ανατροφοδότησης για να βελτιώσουν και να προσαρμόσουν την αισθητηριακή επεξεργασία. Αυτή η επικοινωνία πέρα ​​δώθε επιτρέπει στον εγκέφαλο να δίνει προσοχή, να διατηρεί βραχυπρόθεσμες αναμνήσεις και να παίρνει αποφάσεις.

Ένα απλό παράδειγμα είναι όταν θέλετε να διασχίσετε έναν πολυσύχναστο δρόμο. Υπάρχουν δέντρα, άνθρωποι, κινούμενα οχήματα, φανάρια, πινακίδες και άλλα. Ο νεοφλοιός υψηλότερου επιπέδου λέει στο αισθητήριο σύστημά σας ποια προσοχή αξίζει να αποφασίσετε πότε θα μετακινηθείτε».

Gyorgy Lur, Ph.D., αντίστοιχος συγγραφέας, επίκουρος καθηγητής νευροβιολογίας και συμπεριφοράς, Σχολή Βιολογικών Επιστημών

Η αλληλεπίδραση μεταξύ συστημάτων ανώτερου και κατώτερου επιπέδου μας επιτρέπει επίσης να θυμόμαστε τι είδατε όταν κοιτούσατε και προς τις δύο κατευθύνσεις για να συλλέξετε τις πληροφορίες. «Αν δεν είχατε αυτή τη βραχυπρόθεσμη μνήμη, θα συνεχίζατε να κοιτάζετε εμπρός και πίσω και δεν θα κουνάτε ποτέ», είπε. «Στην πραγματικότητα, αν οι ροές ανατροφοδότησης και ανατροφοδότησης δεν συνεργάζονταν συνεχώς, θα κάναμε πολύ λίγα παρά μόνο να αντιδράσουμε μέσω αντανακλαστικών».

Οι επιστήμονες δεν ήταν σίγουροι πώς οι νευρώνες στον εγκέφαλο εμπλέκονται σε αυτές τις περίπλοκες διαδικασίες. Ο Lur και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ότι τα σήματα ανάδρασης και ανάδρασης συγκλίνουν σε μεμονωμένους νευρώνες στις βρεγματικές περιοχές του νεοφλοιού. Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι διαφορετικοί τύποι νευρώνων του φλοιού συγχωνεύουν τις δύο ροές πληροφοριών σε σημαντικά διαφορετικές χρονικές κλίμακες και προσδιόρισαν την κυτταρική και κυκλική αρχιτεκτονική που στηρίζει αυτές τις διαφορές.

«Οι επιστήμονες γνώριζαν ήδη ότι η ενσωμάτωση πολλαπλών αισθήσεων βελτιώνει τις νευρικές αποκρίσεις», είπε ο Lur. "Εάν βλέπετε μόνο κάτι ή ακούτε μόνο κάτι, ο χρόνος αντίδρασής σας είναι πιο αργός από ό,τι αν το αντιλαμβάνεστε και με τις δύο αισθήσεις ταυτόχρονα. Έχουμε εντοπίσει τους υποκείμενους μηχανισμούς που το καθιστούν δυνατό."

Σημείωσε ότι τα δεδομένα της μελέτης υποδηλώνουν ότι οι ίδιες αρχές ισχύουν όταν η μία ροή πληροφοριών είναι αισθητηριακή και η άλλη γνωστική.

Η κατανόηση αυτών των διαδικασιών είναι κρίσιμης σημασίας για την ανάπτυξη μελλοντικών θεραπειών για νευροψυχιατρικές διαταραχές όπως διαταραχές αισθητηριακής επεξεργασίας, σχιζοφρένεια και ΔΕΠΥ, καθώς και για εγκεφαλικά επεισόδια και άλλους τραυματισμούς του νεοφλοιού.

Ο Lur είναι υπότροφος του Κέντρου Νευροβιολογίας της Μάθησης και της Μνήμης, του Κέντρου για τη Χαρτογράφηση Νευρωνικών Κυκλωμάτων και του Κέντρου για την Έρευνα Ακοής στο UC Irvine.

Ο υποψήφιος διδάκτορας Daniel Rindner, ο οποίος πραγματοποίησε όλες τις νευρωνικές καταγραφές και την εργασία βιολογικών ιστών, υπηρέτησε ως ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας. Ο Archana Proddutur, Ph.D., μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο και δεύτερος συγγραφέας της εργασίας, πραγματοποίησε υπολογιστική μοντελοποίηση που οδήγησε στη μηχανιστική κατανόηση των διαδικασιών που ενσωματώνουν αισθητηριακές και γνωστικές ροές πληροφοριών. Η έρευνά της έχει υποστηριχθεί από το Ίδρυμα Whitehall, το Εθνικό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγείας, το Εθνικό Ινστιτούτο Νευρολογικών Διαταραχών και Εγκεφαλικού και το Εθνικό Ινστιτούτο Κώφωσης και Άλλων Διαταραχών Επικοινωνίας.

Πηγή:

Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Irvine

Αναφορά:

Rindner, DJ, et al. (2022) Ειδική για τον τύπο κυττάρου ενσωμάτωση συναπτικών εισόδων ανατροφοδότησης και ανάδρασης στον οπίσθιο βρεγματικό φλοιό. Νευρώνας. doi.org/10.1016/j.neuron.2022.08.019.

.