แพลตฟอร์มการถ่ายภาพใหม่เผยให้เห็นพื้นฐานเซลล์ประสาทของจิตใจที่ล่องลอย

คุณฝันกลางวันครั้งสุดท้ายเมื่อไหร่? เมื่อไม่ได้ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับโลกภายนอก หมกมุ่นอยู่กับการทบทวนหรือระลึกถึงความทรงจำ สภาพจิตใจของคุณจะรู้สึกเปลี่ยนไป ความแตกต่างนี้สะท้อนให้เห็นในรูปแบบการทำงานของสมองทั่วโลก – เครือข่ายโหมดเริ่มต้น (DMN) ได้รับการระบุเมื่อ 20 ปีที่แล้วและเป็นจุดสนใจของกิจกรรมการวิจัยจำนวนมาก เนื่องจาก DMN เชื่อมต่อส่วนต่าง ๆ ของสมองผ่านการสั่นความถี่ต่ำที่แตกต่างกัน

Tzu-Hao Harry Chao จาก University of North Carolina ที่ Chapel Hill's กล่าวว่า "DMN ยังมีบทบาทสำคัญในโรคทางระบบประสาทและจิตเวชต่างๆ เช่น โรคอัลไซเมอร์ โรคจิตเภท โรคซึมเศร้า และโรคออทิสติก" ภาควิชาประสาทวิทยา. “การทำความเข้าใจว่า DMN ทำงานอย่างไรในด้านสุขภาพและโรคต่างๆ อาจนำไปสู่การรักษาและการแทรกแซงใหม่ๆ สำหรับอาการเหล่านี้”

ด้วยแรงบันดาลใจจากเป้าหมายเหล่านี้ Chao และเพื่อนร่วมงานได้รวมการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กเชิงฟังก์ชัน (fMRI) เข้ากับเซ็นเซอร์โฟโตเมตรีไฟเบอร์ที่วัดระดับแคลเซียมในเซลล์เพื่อทำความเข้าใจว่าสมองส่วนต่าง ๆ มารวมตัวกันเพื่อสร้างและทำลาย DMN ในสมองของหนูได้อย่างไร พวกเขารายงานการค้นพบของพวกเขาใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า.

เมื่อศึกษาการเชื่อมต่อของสมองขนาดใหญ่ มันเป็นเรื่องท้าทายที่จะเข้าถึงเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณสมองส่วนลึก เพื่อตรวจสอบลักษณะทั่วไป นักประสาทวิทยาจึงมักใช้พร็อกซีสำหรับการทำงานของเซลล์ประสาท

“ตัวอย่างเช่น fMRI ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของออกซิเจนในเลือด/การไหลเวียนไปยังส่วนต่าง ๆ ของสมอง ซึ่งคิดว่าสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมของเซลล์ประสาท” Chao อธิบาย พร้อมเตือนว่า “ความสัมพันธ์ระหว่างการไหลเวียนของเลือดและกิจกรรมของเซลล์ประสาทนี้ไม่ได้ตรงไปตรงมาเสมอไป และ อาจมีแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนและความแปรปรวนมากมายในสัญญาณ fMRI” เพื่อเสริมข้อมูล fMRI ด้วยการวัดกิจกรรมของเซลล์ประสาทโดยตรง ทีมวิจัยได้พัฒนาแพลตฟอร์มการถ่ายภาพด้วยแสงที่เข้ากันได้กับ fMRI ซึ่งให้การอ่านข้อมูลเซลล์ประสาทแบบหลายตำแหน่งจากสมองของหนู

ในระหว่างการส่งสัญญาณจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง แคลเซียมไอออนจะเข้าสู่เซลล์เพื่อตอบสนองต่อศักยภาพในการดำเนินการ กระตุ้นการปลดปล่อยสารสื่อประสาทเข้าสู่ไซแนปส์ สำหรับการทดลอง ทีมงานใช้หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมซึ่งมีโปรตีนที่ไวต่อแคลเซียม โปรตีน "ผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเพื่อตอบสนองต่อการจับตัวของแคลเซียม ซึ่งนำไปสู่ความเข้มของแสงที่เพิ่มขึ้น ซึ่งสามารถใช้ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของระดับแคลเซียมภายในเซลล์ได้" เชากล่าว

นักวิจัยได้เชื่อมต่อเครื่อง fMRI เข้ากับแพลตฟอร์มการวัดแสงด้วยเส้นใยที่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของแคลเซียมในเซลล์ได้พร้อมกันในสี่ส่วนของสมอง จากนั้นพวกเขาสแกนสมองของสัตว์ฟันแทะที่ดมยาสลบเพื่อหาการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมของ DMN ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลแคลเซียม

สามในสี่ของสมองที่สังเกตพบว่ามีกิจกรรมของระบบประสาทเพิ่มขึ้นก่อนที่ DMN จะถูกสร้างขึ้น ในขณะที่บริเวณที่สี่ - เยื่อหุ้มสมองชั้นนอกส่วนหน้า - กิจกรรมลดลงอย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้น่าสนใจเนื่องจากเยื่อหุ้มสมองชั้นนอกส่วนหน้ามีบทบาทในเครือข่ายส่วนหน้า (SN) ซึ่งเป็นสถานะการเชื่อมต่อของสมองทางเลือกที่เกี่ยวข้องกับความสนใจ

ในทางตรงกันข้าม เมื่อปิดใช้งาน DMN กิจกรรมในสามภูมิภาคที่เกี่ยวข้องกับ DMN จะถูกยับยั้ง ในขณะที่สัญญาณเยื่อหุ้มสมองชั้นนอกส่วนหน้าพุ่งขึ้นประมาณ 8 วินาทีก่อนที่ DMN จะปิดตัวลง จากการวิเคราะห์ทางสถิติ ข้อสังเกตเหล่านี้เผยให้เห็นว่ากิจกรรมของเยื่อหุ้มสมองชั้นนอกส่วนหน้ามีอิทธิพลเชิงสาเหตุในทางลบต่อบริเวณสมองส่วนอื่นๆ ของ DMN

นักวิจัยยังได้รับแบบจำลองของสถานะสมองที่แฝงอยู่ XNUMX สถานะพร้อมวงจรของการเปลี่ยนผ่านที่เป็นไปได้ระหว่างกัน เนื่องจากในบางสถานะที่ซ่อนเร้นเหล่านี้ เยื่อหุ้มสมองชั้นนอกส่วนหน้ามีความสัมพันธ์กับบริเวณอื่น ในขณะที่ในสถานะอื่นมีความสัมพันธ์ที่สัมพันธ์กัน เชาสรุปว่า "โทโพโลยีของเครือข่ายสมองขนาดใหญ่อาจมีไดนามิกมาก และเครือข่ายเหล่านี้อาจซ้อนทับกันได้บ้าง แทนที่จะแยกจากกันอย่างชัดเจน” อย่างไรก็ตาม เส้นทางที่เยื่อหุ้มสมองชั้นนอกส่วนหน้าชักนำให้เกิดการปราบปราม DMN จำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม ซึ่งทีมงานหวังว่าจะบรรลุผลสำเร็จในการทำงานในอนาคต

ผู้วิจัยยังได้ศึกษาสมองของหนูที่ตื่นตัวด้วยเทคนิคการวัดแคลเซียม การใช้กระบวนทัศน์แบบคี่ (Odball Paradigm) โดยให้หนูฟังเสียงซ้ำๆ และมีเสียงแบบคี่-หนึ่ง-เอาท์ เป็นครั้งคราว พวกมันพบเครือข่ายเชิงสาเหตุระหว่างบริเวณสมองที่ศึกษา และอีกครั้งกับคอร์เทกซ์ชั้นนอกส่วนหน้าซึ่งมีบทบาทยับยั้งบริเวณอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับ DMN

การทดลองกับหนูที่ตื่นอยู่ไม่มีคุณลักษณะ fMRI เนื่องจากการได้มาของ fMRI แบบเดิมนั้นดังมาก ซึ่งอาจทำให้สัตว์เกิดความเครียดได้ “ในมนุษย์ เราสามารถใช้ที่อุดหูและที่ปิดหูเพื่อลดเสียงรบกวนไม่ให้กระทบกับวัตถุที่เป็นมนุษย์” เชาอธิบาย “นี่เป็นเรื่องยากสำหรับเราที่จะเลียนแบบสัตว์ฟันแทะ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะกระโหลกของพวกมันบางมากเพื่อให้เสียงอะคูสติกผ่านเข้าไปได้ง่าย ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว เรากำลังดำเนินการแสดง fMRI ในหนูที่ตื่นอยู่ด้วยเทคนิค fMRI แบบเงียบแบบใหม่”

ทีมงานกำลังพัฒนาแนวทางเซ็นเซอร์แคลเซียมเพิ่มเติมโดยการรวมช่องทางเพิ่มเติมเพื่อให้สามารถรับข้อมูลจากสองเรื่องในเวลาเดียวกัน “การอัปเกรดนี้จะช่วยให้เราสามารถตรวจสอบบทบาท DMN และ SN ในการโต้ตอบทางสังคมโดยใช้แบบจำลองหนู เรารักษาความร่วมมืออย่างแข็งขันในหัวข้อนี้กับห้องปฏิบัติการของ Vinod Menon ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด” Chao กล่าว

EEG และ fMRI พร้อมกันวัดการนอนหลับ 'ความเฉื่อย'

เขามั่นใจว่างานวิจัยของพวกเขา “ปูทางสำหรับการศึกษาการแปลในอนาคตโดยใช้แบบจำลองหนูเพื่อตรวจสอบพื้นฐานเซลล์ของเครือข่ายสมองขนาดใหญ่ การทำงานและพฤติกรรมที่สำคัญในสมองที่มีสุขภาพดี และกลไกของเซลล์ประสาทที่นำไปสู่ความผิดปกติของเครือข่ายในความผิดปกติของสมอง ".

“[มัน] มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ของ fMRI และความรู้ที่ได้รับจะมีความหมายอย่างกว้างขวางสำหรับการออกแบบ การวิเคราะห์ และการตีความข้อมูล fMRI สมองของมนุษย์” Chao กล่าว โลกฟิสิกส์.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/novel-imaging-platform-reveals-the-neuronal-basis-of-a-drifting-mind/