Părți din Brain Offline Chiar în timp ce suntem treji

Noile cercetări sugerează că părți ale creierului circulă și pornesc în mod natural chiar și atunci când suntem treji. Anchetatorii Universității Stanford consideră că acest lucru ar putea duce la intervenții pentru a se asigura că zonele creierului pe care le folosim sunt on-line și funcționează la capacitatea finală.

Oamenii de știință explică faptul că, atunci când suntem într-un somn adânc, activitatea creierului nostru scade și curge în valuri mari, evidente, cum ar fi privirea unui val de corpuri umane ridicându-se și așezându-se în jurul unui stadion sportiv. Este greu să ratezi.

În noul studiu, cercetătorii au descoperit că aceleași cicluri există în veghe ca și în somn, dar cu doar secțiuni mici așezate și în picioare la unison, mai degrabă decât întregul stadion. Este ca și cum porțiuni mici ale creierului adorm independent și se trezesc din nou tot timpul.

Mai mult decât atât, se pare că atunci când neuronii s-au deplasat în starea mai activă sau „pornită”, ei sunt mai buni în a răspunde lumii. De asemenea, neuronii petrec mai mult timp în starea activă atunci când acordă atenție unei sarcini. Această constatare sugerează că procesele care reglează activitatea creierului în somn ar putea juca, de asemenea, un rol în atenție.

„Atenția selectivă este similară cu ceea ce face ca părțile mici ale creierului să fie un pic mai treaz”, a declarat Tatiana Engel, Ph.D., colegă postdoctorală și co-autor al cercetării, publicată recent în Ştiinţă.

Fostul student absolvent Nicholas Steinmetz este celălalt co-autor principal, cu experimentele de neurofiziologie efectuate în laboratorul doctorului Tirin Moore, profesor de neurobiologie și unul dintre autorii seniori.

Înțelegerea acestor cicluri nou descoperite necesită cunoașterea puțin despre modul în care este organizat creierul.

Dacă ai băga un știft direct în creier, toate celulele creierului pe care le-ai fi lovit ar răspunde la aceleași tipuri de lucruri. Într-o coloană, toți ar putea răspunde la obiecte dintr-o anumită parte a câmpului vizual - de exemplu, în partea dreaptă sus.

Echipa a folosit ceea ce echivalează cu seturi de știfturi foarte sensibile care pot înregistra activitatea dintr-o coloană de neuroni din creier.

În trecut, oamenii știau că neuronii individuali trec prin faze ale faptului că sunt mai mult sau mai puțin activi, dar cu această sondă au văzut pentru prima dată că toți neuronii dintr-o coloană dată circulau împreună între tragerea foarte rapidă și apoi tragerea către o rată mult mai lentă, similar ciclurilor coordonate în somn.

„În timpul unei stări, neuronii încep să tragă rapid”, a spus dr. Kwabena Boahen, profesor de bioinginerie și inginerie electrică la Stanford și autor principal pe hârtie.

„Apoi, dintr-o dată, trec doar la o rată de tragere redusă. Această pornire și oprire se întâmplă tot timpul, ca și cum neuronii aruncă o monedă pentru a decide dacă vor fi aprinși sau opriți. ”

Aceste cicluri, care au loc în ordinea de secunde sau fracțiuni de secunde, nu au fost la fel de vizibile atunci când sunt treji, deoarece unda nu se propagă mult dincolo de acea coloană, spre deosebire de somn, când unda se răspândește pe aproape întregul creier și este ușor de detecta.

Echipa a constatat că stările de activitate superioară și inferioară se referă la capacitatea de a răspunde lumii.

Grupul a avut sonda într-o regiune a creierului în maimuțe care detectează în mod specific o parte a lumii vizuale. Maimuțele fuseseră antrenate să acorde atenție unui indiciu care să indice că ceva dintr-o anumită parte a câmpului vizual - dreapta sus, să zicem sau stânga jos - era pe cale să se schimbe ușor. Maimuțele s-au bucurat atunci dacă au identificat corect că au văzut schimbarea.

Când echipa a dat un indiciu despre locul în care ar putea apărea o schimbare, neuronii din coloana care simte că o parte a lumii au început să petreacă mai mult timp în starea activă.

În esență, toți au continuat să răsfoiască între state la unison, dar au petrecut mai mult timp în starea activă dacă ar fi fost atenți. Dacă schimbarea stimulului a venit atunci când celulele se aflau într-o stare mai activă, maimuța era, de asemenea, mai probabil să identifice corect modificarea.

Maimuta este foarte buna la detectarea modificarilor stimulului atunci cand neuronii din acea coloana sunt in starea pornita, dar nu in starea oprita, a spus Engel. Chiar și atunci când maimuța știa să acorde atenție unei anumite zone, dacă neuronii circulau cu o activitate mai scăzută, maimuța a ratat frecvent schimbarea stimulului.

Engel a spus că această descoperire este ceva care ar putea fi familiar pentru mulți oameni. Uneori crezi că ești atent, a subliniat ea, dar totuși îți va fi dor de lucruri.

Oamenii de știință au spus că descoperirile se referă și la lucrările anterioare, care au descoperit că animalele și oamenii mai atenți au tendința de a avea pupile mai dilatate.

În lucrarea actuală, când celulele creierului petreceau mai mult timp într-o stare activă, pupilele maimuței erau, de asemenea, mai dilatate. Descoperirile demonstrează o interacțiune între oscilațiile sincrone din creier, atenția la o sarcină și semnele externe de vigilență.

"Se pare că mecanismele care stau la baza atenției și excitării sunt destul de interdependente", a spus Moore.

Cercetarea aduce noi întrebări.

Anchetatorii spun că o anchetă care iese din această lucrare este motivul pentru care neuronii intră într-o stare de activitate mai scăzută când suntem treji. De ce să nu rămânem în starea mai activă tot timpul?

Un răspuns ar putea fi legat de energie. „Există un cost metabolic asociat cu tragerea neuronilor tot timpul”, a spus Boahen. Creierul folosește multă energie și, poate, oferind celulelor șansa de a face echivalentul energetic al șederii, creierul poate economisi energie.

De asemenea, atunci când neuronii sunt foarte activi, ei generează produse secundare celulare care pot deteriora celulele. Engel a subliniat că stările cu activitate scăzută ar putea permite timp pentru a elimina aceste deșeuri neuronale. „Această lucrare sugerează locuri pentru a căuta aceste răspunsuri”, a spus Engel.

Sursa: Universitatea Stanford