UCI-nevroforskere oppdager underliggende mekanismer bak hjernens arbeid på høyt nivå

UCI-nevroforskere oppdager underliggende mekanismer bak hjernens arbeid på høyt nivå

Vår evne til å tenke, bestemme, huske aktuelle hendelser og mer kommer fra neocortex i hjernen vår. Nå har nevrovitenskapsmenn ved University of California, Irvine oppdaget nøkkelaspekter ved mekanismene bak disse funksjonene. Funnene deres kan til slutt bidra til å forbedre behandlingen av visse nevropsykiatriske lidelser og hjerneskader. Studien deres vises i Neuron.

Forskere har lenge visst at neocortex integrerer såkalte feedforward- og feedback-informasjonsstrømmer. Fremmatingsdata videresendes av hjernens sansesystemer fra periferien (våre sanser) til områder av høyere orden i neocortex. Disse hjerneregionene på høyt nivå sender deretter tilbakemeldingsinformasjon for å avgrense og justere sensorisk prosessering. Denne frem-og-tilbake-kommunikasjonen lar hjernen være oppmerksom, beholde korttidsminner og ta avgjørelser.

Et enkelt eksempel er når du vil krysse en trafikkert gate. Det er trær, mennesker, kjøretøy i bevegelse, trafikklys, skilt og mer. Din neocortex på høyere nivå forteller sansesystemet ditt hvilken oppmerksomhet som er fortjent for å bestemme når du skal flytte over."

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

Samspillet mellom systemer på høyere nivå og lavere nivå lar oss også huske hva du så da du så i begge retninger for å samle informasjonen. "Hvis du ikke hadde det korttidsminnet, ville du bare fortsette å se frem og tilbake og aldri bevege deg," sa han. "Faktisk, hvis feedforward- og tilbakemeldingsstrømmene våre ikke hele tiden arbeidet sammen, ville vi gjort veldig lite annet enn å reagere gjennom reflekser."

Forskere har ikke vært sikre på hvordan nevroner i hjernen er involvert i disse komplekse prosessene. Lur og kollegene hans oppdaget at feedforward og feedback-signaler konvergerer på individuelle nevroner i parietalregionene i neocortex. Forskerne fant også at forskjellige typer kortikale nevroner slår sammen de to informasjonsstrømmene på betydelig forskjellige tidsskalaer, og identifiserte celle- og kretsarkitekturen som underbygger disse forskjellene.

"Forskere visste allerede at integrering av flere sanser forbedrer nevrale responser," sa Lur. "Hvis du bare ser noe eller bare hører noe, er reaksjonstiden langsommere enn hvis du oppfatter det med begge sansene samtidig. Vi har identifisert de underliggende mekanismene som gjør dette mulig."

Han bemerket at studiedataene antyder at de samme prinsippene gjelder når en strøm av informasjon er sensorisk og den andre er kognitiv.

Å forstå disse prosessene er avgjørende for å utvikle fremtidige behandlinger for nevropsykiatriske lidelser som sensoriske prosesseringsforstyrrelser, schizofreni og ADHD, samt for slag og andre neocortexskader.

Lur er stipendiat ved Center for the Neurobiology of Learning and Memory, Center for Neural Circuit Mapping og Center for Hearing Research ved UC Irvine.

PhD-kandidat Daniel Rindner, som utførte alle nevronale opptak og biologisk vevsarbeid, fungerte som førsteforfatter av artikkelen. Archana Proddutur, Ph.D., en postdoktor i laboratoriet og andre forfatter av artikkelen, utførte beregningsmodellering som førte til en mekanistisk forståelse av prosessene som integrerer sensoriske og kognitive informasjonsstrømmer. Forskningen hennes har blitt støttet av 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

Referanse:

Rindner, DJ, et al. (2022) Celletypespesifikk integrasjon av synaptisk feedforward og feedback-innganger i bakre parietal cortex. Nevron. doi.org/10.1016/j.neuron.2022.08.019.

.