MRI-onderzoek stelt onze kennis van hoe het menselijk brein werkt op de proef - Physics World

Hoe werkt het menselijk brein? Het hangt af van wie je het vraagt.

Op school heb je waarschijnlijk geleerd dat onze hersenen miljarden neuronen bevatten die input verwerken en ons helpen gedachten, emoties en bewegingen te vormen. Vraag het aan beeldvormingsspecialisten en u leert hoe we de hersenen op verschillende manieren kunnen zien met behulp van verschillende beeldvormingstechnieken, en wat we van elk beeld kunnen leren. Neurowetenschappers zullen u ook vertellen over de interacties tussen neuronen en verwante chemicaliën, zoals dopamine en serotonine.

Als je een subgroep van neurowetenschappers die zich richten op wiskundige raamwerken vraagt ​​hoe de vorm van de hersenen de activiteit ervan beïnvloedt – een gebied van de wiskundige neurowetenschappen dat neurale veldtheorie wordt genoemd – zul je de relatie tussen vorm, structuur en functie van de hersenen op nog een andere manier gaan begrijpen. .

De neurale veldtheorie bouwt voort op ons conventionele begrip van hoe de hersenen werken. Het gebruikt de fysieke vorm van de hersenen – de grootte, lengte en kromming van de cortex, en de driedimensionale vorm van de subcortex – als een platform waarop hersenactiviteit plaatsvindt in tijd en ruimte. Wetenschappers modelleren vervolgens de macroscopische elektrische activiteit van de hersenen met behulp van de geometrie van de hersenen om beperkingen op te leggen. Elektrische activiteit langs de cortex zou bijvoorbeeld kunnen worden gemodelleerd als een superpositie van lopende golven die zich voortplanten door een laag neuraal weefsel.

“Het idee dat de geometrie van de hersenen de activiteit die daarbinnen plaatsvindt kan beïnvloeden of beperken, is geen conventionele neurowetenschappelijke vraag, toch? Het is een zeer esoterische vraag…Er is tientallen jaren werk verricht om de ingewikkelde bedrading van de hersenen in kaart te brengen, en we dachten dat alle activiteit die uit de hersenen komt, wordt aangestuurd door deze ingewikkelde bedrading”, zegt James Pang, een onderzoeker aan de Monash University Turner Instituut voor Hersenen en Geestelijke Gezondheid.

In een studie gepubliceerd in NATUURPang en zijn collega's hebben dit heersende begrip uitgedaagd door een sterke relatie tussen hersenvorm en functionele MRI (fMRI)-activiteit te identificeren.

De onderzoekers bestudeerden natuurlijke resonanties, eigenmodes genaamd, die optreden wanneer verschillende delen van een systeem op dezelfde frequentie trillen, zoals de excitaties die in de hersenen optreden tijdens een door een taak opgeroepen fMRI-scan. Toen ze wiskundige modellen uit de neurale veldtheorie toepasten op meer dan 10,000 activiteitenkaarten en fMRI-gegevens van de Human Connectome Projectontdekten de onderzoekers dat corticale en subcorticale activiteit het gevolg is van excitatie van hersenbrede eigenmodi met lange ruimtelijke golflengten tot en met 6 cm. Dit resultaat staat in contrast met de leidende overtuiging dat hersenactiviteit gelokaliseerd is.

“We hebben lang gedacht dat specifieke gedachten of sensaties activiteit uitlokken in specifieke delen van de hersenen, maar deze studie laat zien dat gestructureerde activiteitspatronen over bijna het hele brein worden opgewonden, net zoals de manier waarop een muzieknoot ontstaat uit trillingen die langs de hersenen plaatsvinden. de hele lengte van een vioolsnaar, en niet slechts een geïsoleerd segment”, zegt Pang in een persverklaring.

Machine learning geeft inzicht in het menselijk brein

Pang en zijn collega's vergeleken ook hoe geometrische eigenmodi, verkregen uit modellen van hersenvorm, presteerden ten opzichte van connectoom-eigenmodi, die werden verkregen uit modellen van hersenconnectiviteit. Ze ontdekten dat geometrische eigenmodi grotere beperkingen oplegden aan de hersenactiviteit dan connectoom-eigenmodi, wat suggereert dat de contouren en kromming van de hersenen de hersenactiviteit sterk beïnvloeden – misschien zelfs in grotere mate dan de complexe interconnectiviteit tussen populaties van neuronen zelf.

Simpel gezegd stellen de resultaten van de wetenschappers onze kennis van hoe het menselijk brein werkt op de proef.

“We zeggen niet dat de connectiviteit in je hersenen niet belangrijk is”, zegt Pang. “Wat we zeggen is dat de vorm van je hersenen ook een belangrijke bijdrage levert. Het is zeer waarschijnlijk dat beide werelden enige synergie kennen... er is tientallen jaren werk verricht aan beide kanten van het onderzoek in de wereld van de neurale veldtheorie en de connectiviteitswereld, en beide zijn naar mijn mening belangrijk. Deze studie opent zoveel mogelijkheden – we zouden bijvoorbeeld kunnen bestuderen hoe geometrische eigenmodi variëren door neurologische ontwikkeling of worden verstoord door klinische stoornissen. Het is best spannend.”

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/mri-study-challenges-our-knowledge-of-how-the-human-brain-works/