Η νέα πλατφόρμα απεικόνισης αποκαλύπτει τη νευρωνική βάση ενός μυαλού που παρασύρεται

Πότε ήταν η τελευταία φορά που ονειρευτήκατε; Καθώς δεν δίνετε ιδιαίτερη προσοχή στον έξω κόσμο, ασχολείστε με την ενδοσκόπηση ή την ανάκληση μνήμης, η ψυχική σας κατάσταση αισθάνεται αλλοιωμένη. Αυτή η διαφορά αντανακλάται στα παγκόσμια πρότυπα εγκεφαλικής δραστηριότητας - το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας (DMN). Αναγνωρίστηκε πριν από 20 χρόνια και στο επίκεντρο πολλών ερευνητικών δραστηριοτήτων από τότε, το DMN συνδέει διάφορες περιοχές του εγκεφάλου μέσω διακριτών ταλαντώσεων χαμηλής συχνότητας.

«Το DMN θεωρείται επίσης ότι παίζει βασικό ρόλο σε μια ποικιλία νευρολογικών και ψυχιατρικών διαταραχών, συμπεριλαμβανομένης της νόσου Αλτσχάιμερ, της σχιζοφρένειας, της κατάθλιψης και του αυτισμού», λέει ο Tzu-Hao Harry Chao από το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Chapel Hill's. νευρολογικό τμήμα. "Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του DMN στην υγεία και τις ασθένειες θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες θεραπείες και παρεμβάσεις για αυτές τις καταστάσεις."

Υποκινούμενοι από αυτούς τους στόχους, ο Chao και οι συνεργάτες του συνδύασαν τη λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI) με έναν αισθητήρα φωτομετρίας ινών που μετρά τα κυτταρικά επίπεδα ασβεστίου για να κατανοήσουν πώς συναντώνται διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου για να δημιουργήσουν και να διαταράξουν το DMN στον εγκέφαλο αρουραίων. Αναφέρουν τα ευρήματά τους σε Προκαταβολές Επιστήμη.

Όταν μελετάτε τη συνδεσιμότητα του εγκεφάλου μεγάλης κλίμακας, είναι δύσκολο να αξιοποιήσετε μεμονωμένους νευρώνες, ειδικά σε εν τω βάθει περιοχές του εγκεφάλου. Για τη διερεύνηση των παγκόσμιων χαρακτηριστικών, οι νευροεπιστήμονες συχνά χρησιμοποιούν έναν αντιπρόσωπο για τη νευρωνική δραστηριότητα.

«Για παράδειγμα, η fMRI ανιχνεύει αλλαγές στην οξυγόνωση/ ροή του αίματος σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου, οι οποίες πιστεύεται ότι αντανακλούν αλλαγές στη νευρωνική δραστηριότητα», εξηγεί ο Chao, προειδοποιώντας ότι «αυτή η σχέση μεταξύ της ροής του αίματος και της νευρωνικής δραστηριότητας δεν είναι πάντα απλή και μπορεί να υπάρχουν πολλές πηγές θορύβου και μεταβλητότητας στα σήματα fMRI». Για να συμπληρώσει τα δεδομένα fMRI με μια άμεση μέτρηση της νευρωνικής δραστηριότητας, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια πλατφόρμα οπτικής απεικόνισης συμβατή με fMRI που παρέχει νευρωνική ανάγνωση πολλαπλών θέσεων από εγκεφάλους αρουραίων.

Κατά τη μετάδοση σήματος από τον έναν νευρώνα στον άλλο, τα ιόντα ασβεστίου εισέρχονται στο κύτταρο ως απόκριση σε ένα δυναμικό δράσης, προκαλώντας την απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών στη σύναψη. Για τα πειράματα, η ομάδα χρησιμοποίησε γενετικά τροποποιημένους αρουραίους που φέρουν μια πρωτεΐνη ευαίσθητη στο ασβέστιο. Η πρωτεΐνη «υποβάλλεται σε μια διαμορφωτική αλλαγή ως απόκριση στη δέσμευση ασβεστίου, οδηγώντας σε αυξημένη ένταση φθορισμού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση αλλαγών στα ενδοκυτταρικά επίπεδα ασβεστίου», λέει ο Chao.

Οι ερευνητές συντόνισαν μια μηχανή fMRI σε μια πλατφόρμα φωτομετρίας ινών που μπορεί να ανιχνεύσει αλλαγές στη συγκέντρωση ασβεστίου των κυττάρων ταυτόχρονα σε τέσσερις περιοχές του εγκεφάλου. Στη συνέχεια, σάρωσαν τους εγκεφάλους των αναισθητοποιημένων τρωκτικών για αλλαγές στη δραστηριότητα του DMN, τις οποίες ευθυγράμμισαν με τα δεδομένα ασβεστίου.

Τρεις από τις τέσσερις περιοχές του εγκεφάλου που παρατηρήθηκαν εμφάνισαν αυξημένη νευρική δραστηριότητα λίγο πριν την εγκατάσταση του DMN, ενώ στην τέταρτη περιοχή - τον πρόσθιο νησιωτικό φλοιό - η δραστηριότητα ήταν σημαντικά μειωμένη. Αυτό είναι ενδιαφέρον καθώς ο πρόσθιος νησιωτικός φλοιός παίζει ένα ρόλο στο δίκτυο προεξοχής (SN), μια εναλλακτική κατάσταση συνδεσιμότητας του εγκεφάλου που σχετίζεται με την προσοχή.

Αντίθετα, κατά την απενεργοποίηση του DMN, η δραστηριότητα στις τρεις σχετιζόμενες με το DMN περιοχές ανεστάλη, ενώ το σήμα του πρόσθιου νησιωτικού φλοιού αυξήθηκε γύρω στα 8 δευτερόλεπτα πριν κλείσει το DMN. Μετά από στατιστική ανάλυση, αυτές οι παρατηρήσεις αποκαλύπτουν ότι η δραστηριότητα του πρόσθιου νησιωτικού φλοιού έχει αρνητική αιτιολογική επίδραση στις άλλες περιοχές του εγκεφάλου DMN.

Οι ερευνητές ανέπτυξαν επίσης ένα μοντέλο πέντε λανθάνοντων εγκεφαλικών καταστάσεων με έναν κύκλο πιθανών μεταβάσεων μεταξύ τους. Δεδομένου ότι σε ορισμένες από αυτές τις λανθάνουσες καταστάσεις ο πρόσθιος νησιωτικός φλοιός συσχετίζεται με τις άλλες περιοχές, ενώ σε άλλες καταστάσεις υπάρχει αντισυσχέτιση, ο Chao καταλήγει στο συμπέρασμα ότι «η τοπολογία των εγκεφαλικών δικτύων μεγάλης κλίμακας μπορεί να είναι πολύ δυναμική και αυτά τα δίκτυα μπορεί να επικαλύπτονται κάπως αντί να διαχωρίζονται σαφώς». Η οδός με την οποία ο πρόσθιος νησιωτικός φλοιός επάγει την καταστολή του DMN απαιτεί περαιτέρω εξέταση, ωστόσο, την οποία η ομάδα ελπίζει να επιτύχει σε μελλοντική εργασία.

Οι ερευνητές μελέτησαν επίσης τους εγκεφάλους ξύπνιων αρουραίων με την τεχνική μέτρησης ασβεστίου. Χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα oddball, όπου οι αρουραίοι άκουγαν επαναλαμβανόμενους τόνους με περιστασιακό μονό-έξω, βρήκαν ένα αιτιολογικό δίκτυο μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου που μελετήθηκαν, και πάλι με τον πρόσθιο νησιωτικό φλοιό να έχει ανασταλτικό ρόλο σε άλλες περιοχές που σχετίζονται με το DMN.

Τα πειράματα σε ξύπνιους αρουραίους δεν παρουσίασαν fMRI επειδή οι συμβατικές αποκτήσεις fMRI είναι πολύ δυνατές, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει άγχος στο ζώο. «Στους ανθρώπους, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ωτοασπίδες και ωτοασπίδες για να ελαχιστοποιήσουμε τον ακουστικό θόρυβο που επηρεάζει τα ανθρώπινα θέματα», εξηγεί ο Chao. «Αυτό είναι πρακτικά πιο δύσκολο για εμάς να το μιμηθεί κανείς στα τρωκτικά, εν μέρει επειδή τα κρανία τους είναι πολύ λεπτά ώστε ο ακουστικός θόρυβος να τον διαπερνά εύκολα. Τούτου λεχθέντος, εργαζόμαστε πράγματι για την εκτέλεση fMRI σε ξύπνια ποντίκια με μια νέα τεχνική σιωπηλού fMRI».

Η ομάδα αναπτύσσει περαιτέρω την προσέγγιση αισθητήρα ασβεστίου συμπεριλαμβάνοντας περισσότερα κανάλια για να επιτρέψει την απόκτηση δεδομένων από δύο άτομα ταυτόχρονα. «Αυτή η αναβάθμιση θα μας επιτρέψει να διερευνήσουμε τους ρόλους του DMN και του SN στην κοινωνική αλληλεπίδραση χρησιμοποιώντας μοντέλα τρωκτικών. Διατηρούμε μια ενεργή συνεργασία σε αυτό το θέμα με το εργαστήριο του Vinod Menon στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ», λέει ο Chao.

Το ταυτόχρονο EEG και fMRI μετρούν την «αδράνεια» του ύπνου

Είναι πεπεισμένος ότι η έρευνά τους «ανοίγει το δρόμο για μελλοντικές μεταφραστικές μελέτες χρησιμοποιώντας μοντέλα τρωκτικών για τη διερεύνηση της κυτταρικής βάσης μεγάλης κλίμακας, λειτουργικά και συμπεριφορικά σημαντικών εγκεφαλικών δικτύων στον υγιή εγκέφαλο και των νευρωνικών μηχανισμών που οδηγούν σε δυσλειτουργία δικτύου σε εγκεφαλικές διαταραχές ".

«[Έχει] τη δυνατότητα να μεταμορφώσει το τοπίο του fMRI και η γνώση που αποκτάται θα έχει ευρείες συνέπειες για το σχεδιασμό, την ανάλυση και την ερμηνεία των δεδομένων fMRI του ανθρώπινου εγκεφάλου», λέει ο Chao. Κόσμος Φυσικής.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/novel-imaging-platform-reveals-the-neuronal-basis-of-a-drifting-mind/