Η μελέτη μαγνητικής τομογραφίας αμφισβητεί τις γνώσεις μας για το πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος - Physics World

Πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος; Εξαρτάται από ποιον ρωτάς.

Στο σχολείο, πιθανότατα σας έμαθαν ότι ο εγκέφαλός μας περιέχει δισεκατομμύρια νευρώνες που επεξεργάζονται τις εισροές και μας βοηθούν να σχηματίζουμε σκέψεις, συναισθήματα και κινήσεις. Ρωτήστε τους ειδικούς απεικόνισης και θα μάθετε πώς μπορούμε να δούμε τον εγκέφαλο με διαφορετικούς τρόπους χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνικών απεικόνισης και για το τι μπορούμε να μάθουμε από κάθε εικόνα. Οι νευροεπιστήμονες θα σας ενημερώσουν επίσης για τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των νευρώνων και των σχετικών χημικών ουσιών, όπως η ντοπαμίνη και η σεροτονίνη.

Αν ρωτήσετε μια υποομάδα νευροεπιστημόνων που εστιάζουν σε μαθηματικά πλαίσια για το πώς το σχήμα του εγκεφάλου επηρεάζει τη δραστηριότητά του - μια περιοχή της μαθηματικής νευροεπιστήμης που ονομάζεται θεωρία νευρικού πεδίου - θα αρχίσετε να κατανοείτε τη σχέση μεταξύ σχήματος, δομής και λειτουργίας του εγκεφάλου με έναν ακόμη τρόπο .

Η θεωρία του νευρικού πεδίου βασίζεται στη συμβατική μας κατανόηση για το πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος. Χρησιμοποιεί το φυσικό σχήμα του εγκεφάλου – το μέγεθος, το μήκος και την καμπυλότητα του φλοιού, και το τρισδιάστατο σχήμα του υποφλοιού – ως ένα ικρίωμα πάνω στο οποίο η εγκεφαλική δραστηριότητα λαμβάνει χώρα με την πάροδο του χρόνου και του χώρου. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες μοντελοποιούν τη μακροσκοπική ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου χρησιμοποιώντας τη γεωμετρία του εγκεφάλου για να επιβάλουν περιορισμούς. Η ηλεκτρική δραστηριότητα κατά μήκος του φλοιού, για παράδειγμα, μπορεί να μοντελοποιηθεί ως υπέρθεση κινούμενων κυμάτων που διαδίδονται μέσω ενός φύλλου νευρικού ιστού.

«Η ιδέα ότι η γεωμετρία του εγκεφάλου μπορεί να επηρεάσει ή να περιορίσει οποιαδήποτε δραστηριότητα συμβαίνει μέσα δεν είναι ένα συμβατικό ερώτημα νευροεπιστήμης, σωστά; Είναι μια πολύ εσωτερική ερώτηση… Έχουν γίνει δεκαετίες δουλειάς στην προσπάθεια χαρτογράφησης της περίπλοκης καλωδίωσης του εγκεφάλου και πιστεύαμε ότι όλη η δραστηριότητα που βγαίνει από τον εγκέφαλο καθοδηγείται από αυτή την περίπλοκη καλωδίωση», λέει. Τζέιμς Πανγκ, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Monash Turner Institute for Brain and Mental Health.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στην Φύση, ο Pang και οι συνάδελφοί του αμφισβήτησαν αυτήν την επικρατούσα αντίληψη εντοπίζοντας μια ισχυρή σχέση μεταξύ του σχήματος του εγκεφάλου και της λειτουργικής δραστηριότητας MRI (fMRI).

Οι ερευνητές μελέτησαν φυσικούς συντονισμούς που ονομάζονται ιδιοτρόποι, οι οποίοι συμβαίνουν όταν διαφορετικά μέρη ενός συστήματος δονούνται με την ίδια συχνότητα, όπως οι διεγέρσεις που συμβαίνουν στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια μιας σάρωσης fMRI που προκαλείται από εργασία. Όταν εφάρμοσαν μαθηματικά μοντέλα από τη θεωρία νευρικού πεδίου σε πάνω από 10,000 χάρτες δραστηριότητας και δεδομένα fMRI από το Έργο Human Connectome, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η φλοιώδης και υποφλοιώδης δραστηριότητα προκύπτει από τη διέγερση ιδιοτρόπων ιδιομορφών σε όλο τον εγκέφαλο με μεγάλα χωρικά μήκη κύματος έως και άνω των 6 cm. Αυτό το αποτέλεσμα έρχεται σε αντίθεση με μια βασική πεποίθηση ότι η εγκεφαλική δραστηριότητα είναι εντοπισμένη.

«Έχουμε σκεφτεί από καιρό ότι συγκεκριμένες σκέψεις ή αισθήσεις προκαλούν δραστηριότητα σε συγκεκριμένα μέρη του εγκεφάλου, αλλά αυτή η μελέτη αποκαλύπτει ότι τα δομημένα μοτίβα δραστηριότητας διεγείρονται σχεδόν σε ολόκληρο τον εγκέφαλο, ακριβώς όπως ο τρόπος με τον οποίο μια μουσική νότα προκύπτει από δονήσεις που συμβαίνουν κατά μήκος όλο το μήκος μιας χορδής βιολιού, και όχι μόνο ένα μεμονωμένο τμήμα», λέει ο Pang σε μια δήλωση Τύπου.

Η μηχανική μάθηση παρέχει μια εικόνα για τον ανθρώπινο εγκέφαλο

Ο Pang και οι συνεργάτες του συνέκριναν επίσης τον τρόπο με τον οποίο οι γεωμετρικοί ιδιοτρόποι, που λαμβάνονται από μοντέλα σχήματος εγκεφάλου, αποδίδουν σε σχέση με τους ιδιοτρόπους σύνδεσης, οι οποίοι λαμβάνονται από μοντέλα συνδεσιμότητας του εγκεφάλου. Βρήκαν ότι οι γεωμετρικοί ιδιοτρόποι επέβαλαν μεγαλύτερα όρια στην εγκεφαλική δραστηριότητα από τους ιδιοτρόπους σύνδεσης, υποδηλώνοντας ότι τα περιγράμματα και η καμπυλότητα του εγκεφάλου επηρεάζουν έντονα την εγκεφαλική δραστηριότητα - ίσως ακόμη και σε μεγαλύτερο βαθμό από τη σύνθετη διασύνδεση μεταξύ των ίδιων των πληθυσμών των νευρώνων.

Με απλά λόγια, τα αποτελέσματα των επιστημόνων αμφισβητούν τις γνώσεις μας για το πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος.

«Δεν λέμε ότι η συνδεσιμότητα στον εγκέφαλό σας δεν είναι σημαντική», λέει ο Pang. «Αυτό που λέμε είναι ότι το σχήμα του εγκεφάλου σας έχει επίσης σημαντική συμβολή. Είναι πολύ πιθανό και οι δύο κόσμοι να έχουν κάποια συνέργεια… έχουν γίνει δεκαετίες και δεκαετίες δουλειάς και από τις δύο πλευρές της έρευνας στον κόσμο της θεωρίας του νευρικού πεδίου και στον κόσμο της συνδεσιμότητας, και οι δύο είναι σημαντικοί, κατά τη γνώμη μου. Αυτή η μελέτη ανοίγει τόσες πολλές δυνατότητες – θα μπορούσαμε να μελετήσουμε πώς οι γεωμετρικοί ιδιοτρόποι ποικίλλουν μέσω της νευροανάπτυξης ή διαταράσσονται από κλινικές διαταραχές, για παράδειγμα. Είναι αρκετά συναρπαστικό.”

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/mri-study-challenges-our-knowledge-of-how-the-human-brain-works/