Na początku XX wieku naukowcy zaczęli rejestrować aktywność mózgu za pomocą elektrod przymocowanych do skóry głowy. Ku swojemu zaskoczeniu zauważyli, że aktywność mózgu charakteryzuje się wolnymi i szybkimi wznoszącymi się i opadającymi sygnałami, które następnie nazwano „falami mózgowymi”.
Od tego czasu fale mózgowe są intensywnie badane w kontekście ich udziału w przetwarzaniu i przekazywaniu informacji pomiędzy różnymi regionami mózgu. W zdrowym mózgu zaobserwowano zmianę intensywności fal w kontekście szerokiego zakresu aktywności poznawczych, takich jak pamięć i uczenie się. Ponadto wiele badań wykazało, że zmiany w intensywności i częstotliwości fal wskazują na epilepsję, autyzm lub choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Parkinsona i Alzheimera. Na przykład choroba Alzheimera charakteryzuje się gwałtownym spadkiem intensywności fal przy określonej częstotliwości, natomiast padaczka charakteryzuje się bardzo gwałtownym i nieprawidłowym wzrostem intensywności fal przy innej częstotliwości.
Obecnie wiadomo, że fale mózgowe wyrażają zsynchronizowaną aktywność dziesiątek tysięcy komórek nerwowych (neuronów), więc normalny wzrost intensywności fal wyraża zsynchronizowaną aktywność różnych grup neuronów w celu przekazywania informacji. Ale dlaczego i jak te fale przyczyniają się do prawidłowego przekazywania informacji w mózgu?
Nowe badanie przeprowadzone przez doktoranta Tal Dalala w laboratorium prof. Rafi Haddada, z Wielodyscyplinarnego Centrum Badań Mózgu Gonda (Goldschmied) na Uniwersytecie Bar-Ilan w Izraelu, skupia się na tym kluczowym pytaniu. W badaniu, opublikowanym w Cell Reports, naukowcy zmienili poziom synchronizacji w obszarze mózgu, który przekazuje informacje. Następnie zbadali, jak to wpłynęło na przekazywanie informacji i jak obszar mózgu, który otrzymał informację, zrozumiał ją.
Badania skupiły się na regionach mózgu, które są częścią systemu węchowego, czyli zmysłu węchu, który charakteryzuje się silną intensywnością fal mózgowych. Szczególny rodzaj neuronów w tym regionie jest odpowiedzialny za tworzenie zsynchronizowanej aktywności fal mózgowych. Aby zwiększyć lub zmniejszyć synchronizację, badacze wykorzystali optogenetykę, metodę, która pozwala na włączanie i wyłączanie aktywności neuronów, podobnie jak przełącznik, poprzez projekcję błysków światła nad mózgiem. W ten sposób można włączyć lub wyłączyć aktywność synchronizujących neuronów, aby zbadać, jak zmiana zsynchronizowanej aktywności wielu neuronów w jednym regionie wpływa na przekazywanie informacji do następnego regionu, który te informacje odczytuje.
Podstawowy lub „upstream” obszar manipulowany przez zwiększenie lub zmniejszenie synchronizacji, jest miejscem, gdzie odbywa się wstępne przetwarzanie w systemie węchowym. Stamtąd zsynchronizowana lub niezsynchronizowana informacja, w zależności od manipulacji, jest przekazywana do wtórnego lub „downstream” obszaru układu węchowego odpowiedzialnego za przetwarzanie wyższego poziomu.
