ספירלות שהתגלו לאחרונה של פעילות מוחית עשויות לסייע בהסבר הקוגניציה

לאחרונה התיישבתי על קצה צוק ב תהום אפשרית, בוהה במים הלבנים מעל 100 רגל מתחת. מים זרמו דרך צוקי אבן חול לפני שפגעו בשבירה טבעית והתפתלו חזרה אל עצמם, ויצרו מערבולות מהפנטות מרובות. במשך אלפי שנים, המים הללו חצבו את קירות האבן המפוארים המצפים את התהום, ותומכים במערכת אקולוגית תוססת.

המוח עשוי לעשות את אותו הדבר עבור קוגניציה.

אנו יודעים שאזורי מוח שונים מתאמים כל הזמן את דפוסי הפעילות שלהם, וכתוצאה מכך גלים מתפתלים על פני המוח. סוגים שונים של גלים תואמים למצבים נפשיים וקוגניטיביים שונים.

זה רעיון אחד לאופן שבו המוח מארגן את עצמו כדי לתמוך במחשבות, ברגשות וברגשות שלנו. אבל אם הדינמיקה של עיבוד המידע של המוח היא כמו גלים, מה קורה כשיש מערבולות?

למעשה, המוח אכן חווה את המקבילה ל"הוריקנים" עצביים. הם נתקלים זה בזה, וכאשר הם נתקלים, החישובים המתקבלים מתואמים עם קוגניציה.

ממצאים אלו מגיעים מא מחקר ייחודי in התנהגות אנושית בטבע שמגשר בין מדעי המוח ודינמיקה נוזלית כדי לפרוק את פעולתו הפנימית של המוח האנושי.

הצוות ניתח 100 סריקות מוח שנאספו מה- פרויקט קונקטום אנושי שימוש בשיטות השמורים בדרך כלל לצפייה בדפוסי זרימת מים בפיזיקה. הנישואים הלא שגרתיים של שדות השתלמו: הם מצאו דפוס פעילות גל מסתורי ומתפתל במוח בזמן מנוחה ובמהלך משימות נפשיות מאתגרות.

ספירלות המוח צמחו לעתים קרובות מאזורים נבחרים המגשרים על רשתות עצביות מקומיות סמוכות. בסופו של דבר, הם מתפשטים על פני קליפת המוח - האזור המקומט, החיצוני ביותר של המוח.

מכונה לעתים קרובות "מושב האינטליגנציה", הקורטקס הוא ריבוי משימות. אזורים ייעודיים מעבדים את החושים שלנו. אחרים משלבים חוויות חדשות עם זיכרונות ורגשות, ובתורם, יוצרים את ההחלטות שעוזרות לנו להסתגל לעולם המשתנה ללא הרף.

כדי שהקורטקס יפעל כראוי, תקשורת בין כל אזור היא המפתח. בסדרה של בדיקות, נראה כי ספירלות המוח הן השליח, המארגנות רשתות עצביות מקומיות על פני הקורטקס למעבד מחשוב קוהרנטי. הם גם מסורים למשימה קוגניטיבית מסוימת. לדוגמה, כאשר מישהו הקשיב לסיפור - בהשוואה לפתרון בעיות מתמטיות - המערבולות החלו באזורי מוח שונים ויצרו דפוסי ספין משלהם, טביעת אצבע קוגניטיבית מסוגים.

על ידי ניתוח טביעות האצבע של גל ספירלה אלה, הצוות מצא שהם יכולים לסווג שלבים שונים של עיבוד קוגניטיבי באמצעות תמונות מוח בלבד.

מציאת מערבולות במוח היא צעד נוסף לקראת הבנת האופן שבו המחשב הביולוגי שלנו עובד ויכול לעורר השראה ליצירת מכונות עתידיות מבוססות מוח.

"על ידי גילוי המסתורין של פעילות המוח וחשיפת המנגנונים השולטים בקואורדינציה שלה, אנו מתקרבים יותר לפתיחת הפוטנציאל המלא של הבנת הקוגניציה ותפקוד המוח." אמר מחבר המחקר ד"ר פולין גונג באוניברסיטת סידני.

לא תהיה השכן שלי?

תעלומה בסיסית של המוח היא כיצד ניצוצים חשמליים בנוירונים מתורגמים למחשבות, היגיון, זיכרונות ואפילו תודעה.

כדי לפענח את הכל, עלינו לעלות בפירמידת העיבוד העצבי.

החל מלמטה: נוירונים. למען ההגינות, הם מתוחכמים להפליא מיני מחשבים בפני עצמם. הם גם ממש חטטנים. הם כל הזמן משוחחים עם שכניהם באמצעות מגוון אותות כימיים, הנקראים נוירוטרנסמיטורים. אולי שמעת על כמה: דופמין, סרוטונין ואפילו הורמונים.

בינתיים, נוירונים מעבדים רכילות מקומית - שנישאת בפולסים חשמליים - ומשנים את התנהגותם על סמך מה שהם שומעים. כמה מערכות יחסים מתחזקות. אחרים נשברים. בדרך זו, המוח יוצר רשתות עצביות מקומיות כדי לתמוך בפונקציות כמו, למשל, עיבוד חזותי.

"המחקר על פעילות המוח עשה התקדמות משמעותית בהבנת מעגלים עצביים מקומיים", הצוות כתב.

מה שחסר זו התמונה הגדולה יותר. תארו לעצמכם התקרבות מהשכונה המקומית לכל העולם. הודות לשגשוג בנוירוטכנולוגיה, מדענים הצליחו להקליט מאזורים נרחבים יותר ויותר במוח. חופר לתוך כל הנתונים החדשים האלה, לימודים קודמים מצאו מספר רשתות מקומיות שתורמות להתנהגויות שונות.

עם זאת, הרבה מהתובנות הללו על ארגון המוח התמקדו בנוירונים המתקשרים בתבנית ליניארית - כמו נתונים המרחפים לאורך חוטים אופטיים תת-ימיים. כדי להרחיב את הראייה שלנו, עלינו לחפש גם דפוסי תלת מימד מורכבים יותר - למשל, ספירלות או מערבולות.

לפני כשנתיים, הצוות השתמש במשאב נכבד בחיפוש אחר מערבולות פעילות מוחית: נתוני MRI פונקציונליים, המכסים את כל הקורטקס, מה פרויקט קונקטום אנושי (HCP). הפרויקט, שהושק ב-2009, פיתח כלים מרובים למיפוי המוח האנושי בהיקפים חסרי תקדים ויצר מסד נתונים עצום לחוקרים. המפות אינן מכסות רק את מבנה המוח - רבות תיעדו גם פעילות מוחית כשהמשתתפים עסקו במשימות קוגניטיביות שונות.

כאן, הצוות בחר תמונות מוח מהן קטע של נתוני HCP. מערך הנתונים הזה דילם קישוריות ותפקוד מוחיים ב-1,200 מבוגרים צעירים בריאים יותר מגיל 22 עד 35 בזמן שהם היו במנוחה או מאותגרים עם משימות נפשיות מרובות.

הם התמקדו בתמונות מוח מ-3 קבוצות של 100 אנשים כל אחת. קבוצה אחת הייתה מורכבת מאנשים מרגיעים לחלוטין. אחר אותגר במשימת שפה ומתמטיקה. הקבוצה הסופית הגמישה את זיכרון העבודה שלהם - כלומר, הם נדרשו להשתמש בפנקס הסקיצות המנטלי שאנו משתמשים בו כדי לתאם מידע חדש ולהחליט מה צריכה להיות הפעולה הבאה שלנו.

בעזרת כלים מתמטיים המשמשים בדרך כלל לפענוח זרימות סוערות, הצוות ניתח נתוני MRI עבור דפוסים התואמים לקוגניציה - במקרה זה, מתמטיקה, שפה וזיכרון עבודה.

בפשטות רבה, הניתוחים הצביעו על "עין הסערה" וחזו באיזו מהירות ורחבה יתפשטו המערבולות העצביות משם. הם זזו וקיימו אינטראקציה "זה עם זה בצורה מסקרנת, וזה היה מאוד מרגש", אמר הצוות.

הספירלות, כמו הוריקנים, קפצו על פני קליפת המוח תוך כדי סיבוב סביב מרכזים מוגדרים - המכונה "סינגולריות פאזית". הדפוס דומה באופן מפתיע למערכות דינמיות אחרות בפיזיקה ובביולוגיה, כמו מערבולות, אמרו.

[תוכן מוטבע]

תעלומה ספירלית

מדוע וכיצד מתרחשות הספירלות הללו? לצוות אין עדיין את כל התשובות. אבל בחפירה עמוקה יותר, הם גילו שהזרעים של הספירלות הללו פורחים מתוך גבולות בין רשתות עצביות פונקציונליות. הצוות חושב שהצורות המתפתלות הללו יכולות להיות חיוניות ל"תיאום יעיל של זרימת הפעילות בין הרשתות הללו באמצעות התנועה הסיבובית שלהן".

הספירלות מסתובבות ומקיימות אינטראקציה בהתאם למשימה הקוגניטיבית שעל הפרק. הם גם נוטים להסתובב ולהתפשט לאזורי מוח המכונים "מרכזי מוח", כגון החלקים הקדמיים של המוח או אלו הקשורים לשילוב תחושות.

אבל האינטראקציות שלהם מרתקות במיוחד. בהתבסס על הפיזיקה של מערבולות, ספירלות מוח המתנגשות זו בזו נושאות כמות נכבדת של מידע. גלים אלו לוכדים נתונים במרחב ובזמן ומפיצים את המידע על פני השטח של נוירונים חיים בגלים לא ליניאריים.

"האינטראקציות המורכבות בין ספירלות קיימות מרובות יכולות לאפשר ביצוע חישובים עצביים באופן מבוזר ומקביל, מה שמוביל ליעילות חישובית יוצאת דופן", אמר גונג.

לד"ר Kentaroh Takagaki מאוניברסיטת טוקושימה, שלא היה מעורב במחקר, "התוצאות מציגות קונטרה בולטת לתפיסה המבוססת על עיבוד מידע בקליפת המוח.

לעת עתה, ספירלות המוח נותרות די מסתוריות. אבל עם יותר עבודה, הם יכולים להניב תובנות לגבי דמנציה, אפילפסיה והפרעות נוירולוגיות קשות אחרות.

תמונת אשראי: מיטול גרובר / Unsplash

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• ChartPrime. הרם את משחק המסחר שלך עם ChartPrime. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://singularityhub.com/2023/09/15/newly-discovered-spirals-of-brain-activity-may-help-explain-cognition/