Zrozumienie, w jaki sposób komunikują się obszary mózgu, jest jednym z najstarszych pytań w neuronauce. Naukowcy z Sainsbury Wellcome Centre na UCL wykorzystali techniki przyczynowe, aby odkryć, w jaki sposób dwa obszary neokorowe w mózgu komunikują się ze sobą i odkryli, że ich wpływ na siebie zmienia się w znacznie szybszym czasie niż wcześniej sądzono.
Przy około 80 miliardach neuronów i 100 trylionach połączeń w mózgu, wyzwaniem dla neuronaukowców było rozplątanie sieci, które dają początek zachowaniu. W nowym badaniu, opublikowanym dziś w Neuron, naukowcy SWC wyjaśniają, w jaki sposób dwa obszary wizualne w korze mózgowej, pierwotna kora wzrokowa (V1) i obszar przyśrodkowy (LM), wpływają na siebie nawzajem i jak ta komunikacja zmienia się w szybkim czasie.
Chcieliśmy zbadać komunikację między obszarami, aby zrozumieć, jak różne regiony mózgu współpracują ze sobą w celu przetwarzania bodźców wizualnych. Z klasycznych badań wiemy, że istnieje hierarchia obszarów wzrokowych z drogami sprzężenia zwrotnego i informacyjnego. Pierwszy poziom hierarchii w korze mózgowej to V1, a drugi poziom to V2 u naczelnych, którego odpowiednikiem jest LM u myszy.”
Mitra Javadzadeh, Research Fellow w SWC i współautor pracy
„Naszym oczekiwaniem na podstawie anatomicznych połączeń między V1 i LM jest to, że wpływ aktywności neuronów w jednym obszarze na drugi będzie względnie stały; jednak zaskoczyło nas to, że jest on dynamiczny i zmienia się w czasie. Zmiany te mogą zachodzić bardzo szybko, w ciągu dziesiątek milisekund” – powiedziała Sonja Hofer, kierownik grupy w SWC i współautorka pracy.
Historycznie, naukowcy nagrywali z różnych obszarów mózgu i używali korelacji statystycznych, aby wywnioskować jak jeden obszar wpływa na drugi. W tym badaniu Javadzadeh i Hofer przyjęli podejście przyczynowe, wykorzystując perturbacje neuronalne do badania dynamiki interakcji między obszarami w czasie.
Powiązane historie
Naukowcy opisują negatywny wpływ pandemii COVID-19 na leczenie TBI
Badanie ujawnia bezpośrednie połączenie pomiędzy nerwem błędnym a ośrodkami uczenia się w mózgu
Specyficzne reakcje mózgu na traumatyczne doświadczenia przewidują podatność na rozwój PTSD
Neurolodzy nagrali z populacji neuronów w V1 i LM u myszy i użyli optogenetyki, aby krótko wyciszyć aktywność jednego obszaru i określić ilościowo, jak aktywność wzrosła lub spadła w drugim obszarze. To pokazało im udział pierwszego obszaru w kształtowaniu częstotliwości wypalania drugiego obszaru.
Javadzadeh i Hofer zmierzyli te wkłady w czasie, gdy te obszary mózgu przetwarzały informacje wizualne. Co zaskakujące, odkryli, że wpływ manipulacji jednym obszarem na aktywność w innym zmieniał się w czasie w szybkiej skali czasowej. Na przykład neuron w obszarze V1 mógł zmniejszyć swoją aktywność w odpowiedzi na obszar LM w jednym punkcie czasowym, ale nie był pod wpływem aktywności LM 100 milisekund później. Ponadto, jeśli bodziec wzrokowy był behawioralnie istotny dla zwierzęcia, na przykład jeśli przewidywał wystąpienie nagrody, wtedy te zmiany wpływu następowały jeszcze szybciej.
Funkcja tych szybko zmieniających się wpływów nie jest jeszcze znana, ale autorzy stawiają hipotezę, że mogą one pozwolić obszarom korowym na kontrolowanie różnych aspektów przetwarzania w dalszych regionach mózgu, na które wpływają w bardzo krótkim czasie. Oznaczałoby to, że rola poszczególnych obszarów w kształtowaniu wzajemnej aktywności mogłaby być elastyczna i dostosowana do dynamicznych wymagań zachowania.
Oprócz badania funkcji tych dynamicznych interakcji, Javadzadeh i Hofer współpracują z naukowcami z Gatsby Computational Neuroscience Unit, znajdującego się w tym samym budynku co SWC, aby zrozumieć mechanizmy, dzięki którym one powstają.
