פלטפורמת הדמיה חדשנית חושפת את הבסיס הנוירוני של מוח נסחף

מתי בפעם האחרונה חלמת בהקיץ? ללא תשומת לב מיוחדת לעולם החיצון, עוסק בהתבוננות פנימית או זיכרון, המצב הנפשי שלך מרגיש שונה. הבדל זה בא לידי ביטוי בדפוסים גלובליים של פעילות מוחית - רשת מצב ברירת המחדל (DMN). זוהה לפני 20 שנה והתמקד בפעילות מחקרית רבה מאז, ה-DMN מחבר מספר אזורי מוח באמצעות תנודות מובהקות בתדר נמוך.

"ה-DMN נחשב גם למלא תפקיד מפתח במגוון הפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות, כולל מחלת אלצהיימר, סכיזופרניה, דיכאון ואוטיזם", אומר צו-האו הארי צ'או מאוניברסיטת צפון קרוליינה בצ'פל היל. המחלקה לנוירולוגיה. "ההבנה כיצד ה-DMN מתפקד בבריאות ובמחלות עשויה להוביל לטיפולים והתערבויות חדשות למצבים אלה."

מונעים על ידי מטרות אלו, צ'או ועמיתיו שילבו הדמיה תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI) עם חיישן פוטומטריית סיבים שמודד רמות סידן תאי כדי להבין כיצד אזורי מוח שונים מתאחדים כדי לבסס ולשבש את ה-DMN במוחות של חולדות. הם מדווחים על הממצאים שלהם ב התקדמות מדע.

כאשר לומדים קישוריות מוחית בקנה מידה גדול, זה מאתגר להתחבר לנוירונים בודדים, במיוחד באזורי מוח עמוקים. כדי לחקור מאפיינים גלובליים, מדעני מוח משתמשים לעתים קרובות בפרוקסי לפעילות נוירונית.

"לדוגמה, fMRI מזהה שינויים בחמצון/זרימת הדם לאזורים שונים במוח, אשר נחשבים כמשקפים שינויים בפעילות הנוירונית", מסביר צ'או, ומזהיר כי "הקשר הזה בין זרימת הדם לפעילות העצבית אינו תמיד פשוט, וכן יכולים להיות מקורות רבים של רעש ושונות באותות fMRI." כדי להשלים את נתוני fMRI עם מדד ישיר של פעילות עצבית, צוות המחקר פיתח פלטפורמת הדמיה אופטית תואמת fMRI המספקת קריאה עצבית מרובת אתרים ממוח חולדות.

במהלך העברת אותות מנוירון אחד למשנהו, יוני סידן נכנסים לתא בתגובה לפוטנציאל פעולה, מה שמעורר שחרור של נוירוטרנסמיטורים לסינפסה. לצורך הניסויים, הצוות השתמש בחולדות מהונדסים גנטית הנושאות חלבון רגיש לסידן. החלבון "עובר שינוי קונפורמטיבי בתגובה לקשירת סידן, מה שמוביל לעוצמת הקרינה המוגברת שניתן להשתמש בה כדי לזהות שינויים ברמות הסידן התוך תאי", אומר צ'או.

החוקרים סינכרו מכונת fMRI לפלטפורמת פוטומטריית סיבים שיכולה לזהות שינויים בריכוז הסידן הסלולרי בו זמנית בארבעה אזורי מוח. לאחר מכן הם סרקו את מוחותיהם של מכרסמים מורדמים לאיתור שינויים בפעילות DMN, שאותם התאימו לנתוני הסידן.

שלושה מתוך ארבעת אזורי המוח שנצפו הראו פעילות עצבית מוגברת רגע לפני הקמת ה-DMN, בעוד שבאזור הרביעי - קליפת המוח הקדמית - הפעילות ירדה משמעותית. זה מעניין מכיוון שקליפת המוח הקדמית ממלאת תפקיד ברשת הבולטות (SN), מצב קישוריות מוח חלופי הקשור לתשומת לב.

לעומת זאת, עם השבתת DMN, הפעילות בשלושת האזורים הקשורים ל-DMN נבלמה, בעוד האות הקדמי של קליפת המוח האינסולית עלה בסביבות 8 שניות לפני כיבוי ה-DMN. לאחר ניתוח סטטיסטי, תצפיות אלו מגלות כי לפעילות קליפת המוח האידיאלית הקדמית יש השפעה סיבתית שלילית על אזורי המוח האחרים של DMN.

החוקרים גם הסיקו מודל של חמישה מצבי מוח סמויים עם מחזור של מעברים סבירים ביניהם. מכיוון שבחלק מהמצבים הסמויים הללו, קליפת המוח הקדמית מתאמת עם האזורים האחרים, בעוד שבמצבים אחרים קיים קשר אנטי, צ'או מסיק כי "הטופולוגיה של רשתות מוח בקנה מידה גדול יכולה להיות מאוד דינמית, ורשתות אלו יכולות להיות מעט חופפות. במקום מופרדים בבירור". עם זאת, המסלול שבו קליפת המוח הקדמית גורמת לדיכוי DMN דורש בדיקה נוספת, שאותה הצוות מקווה להשיג בעבודה עתידית.

החוקרים חקרו גם את המוח של חולדות ערות בטכניקת מדידת סידן. באמצעות פרדיגמה מוזרה, שבה החולדות האזינו לצלילים שחוזרים על עצמם עם יציאה מוזרה מדי פעם, הם מצאו רשת סיבתית בין אזורי המוח שנחקרו, שוב כאשר לקליפת המוח הקדמית יש תפקיד מעכב באזורים אחרים הקשורים ל-DMN.

ניסויים על חולדות ערות לא כללו fMRI מכיוון שרכישות fMRI קונבנציונליות הן רועשות מאוד, מה שעלול לגרום ללחץ על החיה. "בבני אדם, אנחנו יכולים להשתמש באטמי אוזניים בתוספת אטמי אוזניים כדי למזער את הרעש האקוסטי כדי להשפיע על נושאים אנושיים", מסביר צ'או. "למעשה קשה לנו יותר לחקות את זה במכרסמים, בין השאר בגלל שהגולגולת שלהם דקה מאוד כדי שהרעש האקוסטי יחדור בקלות. עם זאת, אנו אכן עובדים על ביצוע fMRI בעכברים ערים עם טכניקת fMRI שקטה חדשה".

הצוות מפתח את גישת חיישני הסידן על ידי הכללת ערוצים נוספים כדי לאפשר רכישת נתונים משני נבדקים בו זמנית. "שדרוג זה יאפשר לנו לחקור את תפקידי ה-DMN וה-SN באינטראקציה חברתית באמצעות מודלים של מכרסמים. אנו מקיימים שיתוף פעולה פעיל בנושא זה עם המעבדה של וינוד מנון באוניברסיטת סטנפורד", אומר צ'או.

EEG ו-fMRI בו זמנית מודדים 'אינרציה' בשינה

הוא בטוח שהמחקר שלהם "סולל את הדרך למחקרי תרגום עתידיים באמצעות מודלים של מכרסמים כדי לחקור את הבסיס הסלולרי של רשתות מוח משמעותיות בקנה מידה גדול, תפקודית והתנהגותית במוח הבריא, ואת המנגנונים הנוירונים המובילים לתפקוד לקוי ברשת בהפרעות מוחיות. ".

"ל[זה] יש פוטנציאל לשנות את הנוף של fMRI ולידע שנצבר יהיו השלכות נרחבות על התכנון, הניתוח והפרשנות של נתוני fMRI של המוח האנושי", אומר צ'או. עולם הפיזיקה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/novel-imaging-platform-reveals-the-neuronal-basis-of-a-drifting-mind/