MRI çalışması, insan beyninin nasıl çalıştığına dair bilgimizi zorluyor – Fizik Dünyası

MRI çalışması, insan beyninin nasıl çalıştığına dair bilgimizi zorluyor – Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 6 Temmuz 2023 5:00

James Pang ve Alex Fornito
Beynin şekli Monash Üniversitesi araştırmacıları James Pang (solda) ve Alex Fornito, beyin geometrisinin aktivitesini etkilediğini belirlemek için 10,000'den fazla MRI üzerinde çalıştılar. (Nezaket: Monash Üniversitesi)

İnsan beyni nasıl çalışır? Kime sorduğunuza bağlı.

Okulda size muhtemelen beynimizin girdileri işleyen ve düşünce, duygu ve hareketler oluşturmamıza yardımcı olan milyarlarca nöron içerdiği öğretilmişti. Görüntüleme uzmanlarına sorun ve çeşitli görüntüleme tekniklerini kullanarak beyni farklı şekillerde nasıl görebileceğimizi ve her görüntüden neler öğrenebileceğimizi öğreneceksiniz. Sinirbilimciler ayrıca size nöronlar ile dopamin ve serotonin gibi ilgili kimyasallar arasındaki etkileşimlerden bahsedeceklerdir.

Beynin şeklinin aktivitesini nasıl etkilediğine odaklanan matematiksel çerçevelere odaklanan bir sinirbilimciler alt grubuna - nöral alan teorisi adı verilen matematiksel sinirbilimin bir alanı - sorarsanız, beyin şekli, yapısı ve işlevi arasındaki ilişkiyi başka bir şekilde anlamaya başlayacaksınız. .

Nöral alan teorisi, beynin nasıl çalıştığına dair geleneksel anlayışımıza dayanıyor. Beynin fiziksel şeklini (korteksin boyutu, uzunluğu ve eğriliği ve alt korteksin üç boyutlu şekli) beyin aktivitesinin zaman ve mekan içinde meydana geldiği bir yapı iskelesi olarak kullanır. Bilim adamları daha sonra kısıtlamalar uygulamak için beynin geometrisini kullanarak beynin makroskopik elektriksel aktivitesini modeller. Örneğin, korteks boyunca elektriksel aktivite, bir nöral doku tabakası boyunca yayılan hareket eden dalgaların üst üste binmesi olarak modellenebilir.

"Beynin geometrisinin, içinde gerçekleşen her türlü aktiviteyi etkileyebileceği veya sınırlayabileceği fikri, geleneksel bir nörobilim sorusu değil, değil mi? Bu çok ezoterik bir soru… Beynin karmaşık bağlantılarının haritasını çıkarmak için onlarca yıldır çalışma yapılıyor ve beyinden çıkan tüm faaliyetlerin bu karmaşık bağlantı tarafından yönlendirildiğini düşündük" diyor. James Pang, Monash Üniversitesi'nde araştırma görevlisi Turner Beyin ve Ruh Sağlığı Enstitüsü.

Yayınlanan bir çalışmada Tabiat, Pang ve meslektaşları, beyin şekli ile fonksiyonel MRG (fMRI) aktivitesi arasında güçlü bir ilişki belirleyerek bu hakim anlayışa meydan okudular.

Araştırmacılar, görevle uyarılmış bir fMRI taraması sırasında beyinde meydana gelen uyarılmalar gibi, bir sistemin farklı bölümleri aynı frekansta titreştiğinde ortaya çıkan, özmodlar adı verilen doğal rezonansları inceliyorlardı. Nöral alan teorisinden matematiksel modelleri 10,000'den fazla aktivite haritasına ve fMRI verilerine uyguladıklarında İnsan Bağlantısı Projesi, araştırmacılar, kortikal ve subkortikal aktivitenin, 6 cm'ye kadar ve XNUMX cm'yi aşan uzun uzamsal dalga boylarıyla beyin çapındaki özmodların uyarılmasından kaynaklandığını buldular. Bu sonuç, beyin aktivitesinin lokalize olduğuna dair önde gelen bir inançla çelişmektedir.

"Uzun zamandır belirli düşüncelerin veya duyumların beynin belirli bölümlerinde aktiviteye yol açtığını düşündük, ancak bu çalışma, tıpkı bir müzik notasının meydana gelen titreşimlerden ortaya çıkması gibi, neredeyse tüm beyinde yapılandırılmış aktivite kalıplarının uyarıldığını ortaya koyuyor. bir keman telinin tüm uzunluğu ve sadece izole bir bölüm değil, ”diyor Pang bir basın açıklamasında.

Pang ve meslektaşları, beyin şekli modellerinden elde edilen geometrik özmodların, beyin bağlantı modellerinden elde edilen bağlantı özmodlarına göre nasıl performans gösterdiğini de karşılaştırdılar. Geometrik özmodların beyin aktivitesine, konektom özmodlarından daha fazla sınır koyduğunu buldular, bu da beynin konturlarının ve eğriliğinin beyin aktivitesini güçlü bir şekilde etkilediğini - hatta belki de nöron popülasyonları arasındaki karmaşık karşılıklı bağlantıdan daha büyük bir ölçüde etkilediğini buldular.

Basitçe söylemek gerekirse, bilim adamlarının sonuçları, insan beyninin nasıl çalıştığına dair bilgimizi zorluyor.

Pang, "Beyninizdeki bağlantının önemli olmadığını söylemiyoruz" diyor. “Demek istediğimiz, beyninizin şeklinin de önemli bir katkısı olduğu. Her iki dünyanın da bir miktar sinerjiye sahip olması büyük olasılıkla… nöral alan teorisi dünyasında ve bağlantı dünyasında araştırmanın her iki tarafında onlarca ve on yıllarca süren çalışmalar var ve bence her ikisi de önemli. Bu çalışma pek çok olasılık sunuyor - örneğin, geometrik özmodların nörogelişim yoluyla nasıl değiştiğini veya klinik bozukluklar tarafından nasıl bozulduğunu inceleyebiliriz. Oldukça heyecan verici.”

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası