Uudne pildistamisplatvorm paljastab triiviva meele neuronaalse aluse

Millal sa viimati unistasid? Kui te ei pööra erilist tähelepanu välismaailmale, tegelete sisekaemusega või mälu meenutamisega, tundub teie vaimne seisund muutunud. See erinevus kajastub ajutegevuse globaalsetes mustrites – vaikerežiimivõrgus (DMN). DMN, mis tuvastati 20 aastat tagasi ja on sellest ajast peale suure uurimistegevuse keskmes, ühendab mitut ajupiirkonda erinevate madala sagedusega võnkumiste kaudu.

"Arvatakse, et DMN mängib võtmerolli mitmesugustes neuroloogilistes ja psühhiaatrilistes häiretes, sealhulgas Alzheimeri tõve, skisofreenia, depressiooni ja autismi korral," ütleb Tzu-Hao Harry Chao Põhja-Carolina ülikoolist Chapel Hillis. neuroloogia osakond. "Mõistmine, kuidas DMN tervises ja haigustes toimib, võib nende seisundite jaoks kaasa tuua uusi ravimeetodeid ja sekkumisi."

Nendest eesmärkidest ajendatuna on Chao ja kolleegid kombineerinud funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) kiudfotomeetria anduriga, mis mõõdab raku kaltsiumi taset, et mõista, kuidas erinevad ajupiirkonnad saavad kokku, et luua ja häirida DMN-i roti ajus. Nad teatavad oma leidudest aastal Teadus ettemaksed.

Aju laiaulatusliku ühenduvuse uurimisel on üksikute neuronite leidmine keeruline, eriti sügavates ajupiirkondades. Seetõttu kasutavad neuroteadlased globaalsete tunnuste uurimiseks sageli neuronaalse aktiivsuse puhverserverit.

"Näiteks tuvastab fMRI muutused vere hapnikusisalduses / voolus aju erinevatesse piirkondadesse, mis arvatakse peegeldavat muutusi neuronite aktiivsuses," selgitab Chao, hoiatades, et "seos verevoolu ja neuronaalse aktiivsuse vahel ei ole alati otsene ja fMRI signaalides võib olla palju müra ja varieeruvuse allikaid. FMRI andmete täiendamiseks neuronaalse aktiivsuse otsese mõõtmisega töötas uurimisrühm välja fMRI-ga ühilduva optilise kujutise platvormi, mis pakub roti aju neuronite mitmes kohas.

Signaali edastamisel ühelt neuronilt teisele sisenevad kaltsiumiioonid rakku vastusena aktsioonipotentsiaalile, käivitades neurotransmitterite vabanemise sünapsi. Eksperimentide jaoks kasutas meeskond geneetiliselt muundatud rotte, kes kannavad kaltsiumitundlikku valku. Valk "läbib konformatsioonilise muutuse vastusena kaltsiumi sidumisele, mis suurendab fluorestsentsi intensiivsust, mida saab kasutada rakusisese kaltsiumi taseme muutuste tuvastamiseks, " ütleb Chao.

Teadlased sünkroonisid fMRI-masina kiudfotomeetria platvormiga, mis suudab samaaegselt tuvastada muutusi raku kaltsiumi kontsentratsioonis neljas ajupiirkonnas. Seejärel skaneerisid nad anesteseeritud näriliste aju DMN-i aktiivsuse muutuste suhtes, mida nad joondasid kaltsiumiandmetega.

Neljast vaadeldud ajupiirkonnast kolm näitasid suurenenud neuraalset aktiivsust vahetult enne DMN-i loomist, samas kui neljandas piirkonnas – eesmises saarekoores – oli aktiivsus oluliselt langenud. See on huvitav, kuna eesmine saarekoor mängib rolli silmapaistvuse võrgus (SN), mis on tähelepanuga seotud alternatiivne aju ühenduvus.

Seevastu DMN-i deaktiveerimisel inhibeeriti aktiivsus kolmes DMN-ga seotud piirkonnas, samas kui eesmine saarekoore signaal tõusis umbes 8 sekundit enne DMN-i väljalülitamist. Pärast statistilist analüüsi näitavad need tähelepanekud, et eesmise saarekoore aktiivsusel on negatiivne põhjuslik mõju teistele DMN-i ajupiirkondadele.

Teadlased tuletasid ka viie varjatud ajuseisundi mudeli koos nende vahelise tõenäolise ülemineku tsükliga. Kuna mõnes neist latentsetest olekutest korreleerub eesmine saarekoor teiste piirkondadega, samas kui teistes osariikides on antikorrelatsioon, järeldab Chao, et "suurte ajuvõrkude topoloogia võib olla väga dünaamiline ja need võrgud võivad olla mõnevõrra kattunud selgelt eraldatud asemel”. Rada, mille kaudu eesmine saarekoor kutsub esile DMN-i supressiooni, nõuab siiski täiendavat uurimist, mida meeskond loodab tulevases töös saavutada.

Uurijad uurisid kaltsiumi mõõtmise tehnikaga ka ärkvel olevate rottide aju. Kasutades veidrat paradigmat, kus rotid kuulasid korduvaid toone aeg-ajalt veider-ühehäälstusega, leidsid nad põhjusliku võrgustiku uuritud ajupiirkondade vahel, kusjuures eesmisel saarekoorel oli inhibeeriv roll teistes DMN-ga seotud piirkondades.

Ärkvel olevate rottidega tehtud katsetes fMRI-d ei kasutatud, kuna tavapärased fMRI võtted on väga valjud, mis võib loomale stressi tekitada. "Inimestel saame kasutada kõrvatroppe ja kõrvaklappe, et minimeerida inimesi mõjutavat akustilist müra," selgitab Chao. "Meil on närilistel seda praktiliselt raskem jäljendada, osaliselt seetõttu, et nende koljud on väga õhukesed, et akustiline müra kergesti läbi saaks. Nagu öeldud, töötame tõepoolest ärkvel hiirtel fMRI tegemise kallal uue vaikse fMRI tehnikaga.

Meeskond arendab kaltsiumianduri lähenemisviisi edasi, lisades rohkem kanaleid, et võimaldada andmete kogumist kahelt subjektilt korraga. "See uuendus võimaldab meil uurida DMN-i ja SN-i rolle sotsiaalses suhtluses näriliste mudelite abil. Teeme sel teemal aktiivset koostööd Stanfordi ülikooli Vinod Menoni laboriga,” ütleb Chao.

Samaaegne EEG ja fMRI mõõdavad une "inertsust"

Ta on kindel, et nende uurimustöö sillutab teed tulevastele translatsiooniuuringutele, kasutades näriliste mudeleid, et uurida terves ajus laiaulatuslike, funktsionaalselt ja käitumuslikult oluliste ajuvõrkude rakulist alust ning neuronaalseid mehhanisme, mis põhjustavad ajuhäirete korral võrgu talitlushäireid. ”.

"[Sellel] on potentsiaal muuta fMRI maastikku ja saadud teadmised mõjutavad laialdaselt inimese aju fMRI andmete kavandamist, analüüsi ja tõlgendamist, " räägib Chao. Füüsika maailm.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/novel-imaging-platform-reveals-the-neuronal-basis-of-a-drifting-mind/