Yeni görüntüleme platformu, sürüklenen bir zihnin nöronal temelini ortaya koyuyor

En son ne zaman hayal kurdun? Dış dünyaya özel bir dikkat göstermeden, iç gözlemle veya anıları hatırlamayla uğraşırken, zihinsel durumunuz değişmiş gibi gelir. Bu fark, beyin etkinliğinin küresel kalıplarına yansır - varsayılan mod ağı (DMN). 20 yıl önce tanımlanan ve o zamandan beri birçok araştırma faaliyetinin odak noktası olan DMN, çeşitli beyin bölgelerini farklı düşük frekanslı salınımlar yoluyla birbirine bağlar.

Chapel Hill's North Carolina Üniversitesi'nden Tzu-Hao Harry Chao, "DMN'nin Alzheimer hastalığı, şizofreni, depresyon ve otizm dahil olmak üzere çeşitli nörolojik ve psikiyatrik bozukluklarda da önemli bir rol oynadığı düşünülüyor" diyor. nöroloji bölümü. "DMN'nin sağlık ve hastalıkta nasıl çalıştığını anlamak, bu koşullar için yeni tedavilere ve müdahalelere yol açabilir."

Bu hedeflerden motive olan Chao ve meslektaşları, sıçan beyinlerinde DMN'yi oluşturmak ve bozmak için farklı beyin bölgelerinin nasıl bir araya geldiğini anlamak için hücresel kalsiyum seviyelerini ölçen bir fiber fotometri sensörü ile fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemeyi (fMRI) birleştirdiler. Bulgularını içinde rapor ederler Bilim Gelişmeler.

Büyük ölçekli beyin bağlantısını incelerken, özellikle derin beyin bölgelerindeki nöronlara tek tek dokunmak zordur. Küresel özellikleri araştırmak için sinirbilimciler bu nedenle genellikle nöronal aktivite için bir proxy kullanırlar.

"Örneğin fMRI, nöronal aktivitedeki değişiklikleri yansıttığı düşünülen beynin farklı bölgelerine giden kan oksijenasyonu/akışındaki değişiklikleri tespit ediyor" diye açıklıyor Chao, "kan akışı ile nöronal aktivite arasındaki bu ilişkinin her zaman basit olmadığı ve fMRI sinyallerinde birçok gürültü ve değişkenlik kaynağı olabilir.” Araştırma ekibi, fMRI verilerini doğrudan bir nöronal aktivite ölçüsüyle tamamlamak için, fare beyinlerinden çok bölgeli nöronal okuma sağlayan fMRI uyumlu bir optik görüntüleme platformu geliştirdi.

Bir nörondan diğerine sinyal iletimi sırasında, kalsiyum iyonları bir aksiyon potansiyeline yanıt olarak hücreye girerek nörotransmiterlerin sinapsa salınmasını tetikler. Deneyler için ekip, kalsiyuma duyarlı bir protein taşıyan genetik olarak tasarlanmış fareler kullandı. Chao, proteinin "kalsiyum bağlanmasına yanıt olarak konformasyonel bir değişikliğe uğradığını ve hücre içi kalsiyum seviyelerindeki değişiklikleri tespit etmek için kullanılabilecek artan floresans yoğunluğuna yol açtığını" söylüyor.

Araştırmacılar, bir fMRI makinesini, dört beyin bölgesinde aynı anda hücresel kalsiyum konsantrasyonundaki değişiklikleri tespit edebilen bir fiber fotometri platformuna senkronize ettiler. Daha sonra anestezi uygulanmış kemirgenlerin beyinlerini, kalsiyum verilerine göre hizaladıkları DMN aktivite değişiklikleri için taradılar.

Gözlemlenen dört beyin bölgesinden üçü, DMN kurulmadan hemen önce artan nöral aktivite gösterirken, dördüncü bölgede - anterior insular korteks - aktivite önemli ölçüde azaldı. Anterior insular korteks, dikkatle ilişkili alternatif bir beyin bağlantı durumu olan belirginlik ağında (SN) rol oynadığı için bu ilginçtir.

Buna karşılık, DMN'nin devre dışı bırakılması üzerine, DMN ile ilişkili üç bölgedeki aktivite inhibe edilirken, anterior insular korteks sinyali, DMN kapanmadan yaklaşık 8 saniye önce yükseldi. İstatistiksel analizin ardından, bu gözlemler anterior insular korteks aktivitesinin diğer DMN beyin bölgeleri üzerinde olumsuz bir nedensel etkiye sahip olduğunu ortaya koymaktadır.

Araştırmacılar ayrıca, aralarında olası geçişlerin olduğu bir döngü ile tamamlanan beş gizli beyin durumu modelini de elde ettiler. Bu gizli durumların bazılarında anterior insular korteks diğer bölgelerle bağıntılıyken, diğer durumlarda bir antikorelasyon olduğundan, Chao şu sonuca varıyor: "büyük ölçekli beyin ağlarının topolojisi çok dinamik olabilir ve bu ağlar bir şekilde örtüşebilir. açıkça ayrılmış yerine”. Anterior insular korteksin DMN supresyonunu indüklediği yol, ekibin gelecekteki çalışmalarda başarmayı umduğu daha fazla inceleme gerektirir.

Araştırmacılar ayrıca uyanık farelerin beyinlerini kalsiyum ölçüm tekniği ile incelediler. Sıçanların tekrarlayan tonları ara sıra garip bir şekilde dinledikleri bir tuhaf paradigma kullanarak, çalışılan beyin bölgeleri arasında nedensel bir ağ buldular ve yine anterior insular korteks DMN ile ilişkili diğer bölgeler üzerinde inhibe edici bir role sahipti.

Uyanık fareler üzerinde yapılan deneylerde fMRI özelliği yoktu, çünkü geleneksel fMRI edinimleri çok yüksek, bu da hayvanda strese neden olabilir. Chao, "İnsanlarda, insan denekleri etkileyecek akustik gürültüyü en aza indirmek için kulak tıkaçları ve kulaklıklar kullanabiliriz" diye açıklıyor. "Bunu kemirgenlerde taklit etmemiz pratikte daha zor, çünkü kısmen kafatasları akustik gürültünün kolayca nüfuz etmesi için çok ince. Bu söyleniyor, gerçekten de yeni bir sessiz fMRI tekniği ile uyanık farelerde fMRI yapmak için çalışıyoruz."

Ekip, aynı anda iki denekten veri alınmasını sağlamak için daha fazla kanal dahil ederek kalsiyum sensörü yaklaşımını daha da geliştiriyor. "Bu yükseltme, kemirgen modellerini kullanarak sosyal etkileşimdeki DMN ve SN rollerini araştırmamızı sağlayacak. Bu konuda Vinod Menon'un Stanford Üniversitesi'ndeki laboratuvarıyla aktif bir işbirliği sürdürüyoruz,” diyor Chao.

Eşzamanlı EEG ve fMRI uyku 'ataletini' ölçer

Araştırmalarının "sağlıklı beyindeki büyük ölçekli, işlevsel ve davranışsal açıdan önemli beyin ağlarının hücresel temelini ve beyin bozukluklarında ağ işlev bozukluğuna yol açan nöronal mekanizmaları araştırmak için kemirgen modellerini kullanan gelecekteki çeviri çalışmalarının yolunu açtığından" emin. ”.

Chao, "[Bu], fMRI manzarasını dönüştürme potansiyeline sahip ve elde edilen bilgi, insan beyni fMRI verilerinin tasarımı, analizi ve yorumlanması için yaygın etkilere sahip olacak" dedi. Fizik dünyası.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/novel-imaging-platform-reveals-the-neuronal-basis-of-a-drifting-mind/