streszczenie: Naukowcy odkryli unikalną cechę sieci komunikacyjnych w ludzkim mózgu: przekazywanie informacji wieloma równoległymi ścieżkami, czego nie zaobserwowano u makaków ani myszy.
Odkrycie to wynika z badania, w którym wykorzystano dane dyfuzyjne i fMRI, a także teorię informacji i grafów. Zespół zmapował „ruch mózgu”, aby porównać przekazywanie sygnałów w mózgach różnych ssaków.
Ich badania sugerują, że te równoległe ścieżki u ludzi mogą przyczyniać się do naszych zaawansowanych zdolności poznawczych i mogą mieć wpływ na zrozumienie ewolucji mózgu i potencjalnych zastosowań medycznych.
Kluczowe fakty:
- Badanie EPFL wykazało, że w przeciwieństwie do makaków i myszy ludzki mózg w unikalny sposób przekazuje informacje wieloma równoległymi ścieżkami.
- Odkrycia tego dokonano przy użyciu nowej kombinacji dyfuzyjnego MRI, funkcjonalnego MRI, teorii informacji i teorii grafów.
- Badania sugerują, że te równoległe ścieżki mogą przyczynić się do poprawy funkcji poznawczych i zapewnić nowy wgląd w plastyczność mózgu i neurorehabilitację.
źródło: EPFL
W badaniu, w którym porównano sieci komunikacyjne w ludzkim mózgu z sieciami makaków i myszy, badacze z EPFL odkryli, że tylko mózg ludzki przekazuje informacje wieloma równoległymi ścieżkami, co prowadzi do nowego wglądu w ewolucję ssaków.
Opisując sieci komunikacyjne mózgu, Alessandra Griffa, badaczka ze stopniem doktora w EPFL, lubi używać metafor podróży. Sygnały mózgowe są wysyłane ze źródła do celu, tworząc ścieżkę multisynaptyczną, która przecina wiele obszarów mózgu „jak droga z wieloma przystankami po drodze”.
Wyjaśnia, że zaobserwowano już strukturalne szlaki komunikacyjne mózgu oparte na sieciach („trasach”) włókien nerwowych. Jednak jako naukowiec w Laboratorium Przetwarzania Obrazu Medycznego (MIP:Lab) na Wydziale Inżynierii EPFL i koordynator badań w Centrum Pamięci Leenaards w CHUV, Griffa chciała śledzić wzorce transmisji informacji, aby dowiedzieć się, w jaki sposób wiadomości są wysyłane i odbierane. W badaniu opublikowanym niedawno w komunikacja przyrodnicza, Współpracowała z szefem MIP:Lab Dimitrim van de Wielem i stypendystą SNSF Ambizione Enrico Amico nad stworzeniem „map ruchów mózgu”, które można było porównać u ludzi i innych ssaków.
Aby to osiągnąć, badacze wykorzystali dane pochodzące z badania dyfuzyjnego typu open source (DWI) i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) pochodzące od ludzi, makaków i myszy, które zebrano, gdy badani nie spali i nie odpoczywali.
Skany DWI pozwoliły naukowcom zrekonstruować „mapy drogowe” mózgu, a skany fMRI pozwoliły im zobaczyć różne obszary mózgu świecące wzdłuż każdej „drogi”, co sugeruje, że te ścieżki przekazują informacje neuronowe.
Przeanalizowali multimodalne dane MRI, korzystając z teorii informacji i teorii grafów, a Greva twierdzi, że to właśnie ta nowa kombinacja metod doprowadziła do nowych spostrzeżeń.
„Nowością w naszym badaniu jest wykorzystanie danych multimodalnych w jednym modelu, który łączy dwie gałęzie matematyki: teorię grafów, która opisuje multisynaptyczne „mapy drogowe” oraz teorię informacji, która definiuje transfer informacji (lub „ruch” ) w poprzek dróg.”
„Podstawowa zasada jest taka, że komunikaty przekazywane od źródła do celu pozostają niezmienione lub ulegają dalszemu pogorszeniu na każdym przystanku po drodze, jak gra w telefon, w którą graliśmy jako dzieci”.
Podejście badaczy ujawniło, że w mózgach innych niż ludzkie informacje są przesyłane jedną „trasą”, podczas gdy u ludzi istnieje wiele równoległych ścieżek między tym samym źródłem a celem. Co więcej, te równoległe ślady były równie unikalne jak odciski palców i można je było wykorzystać do identyfikacji osób.
„Postawiono hipotezę, że takie równoległe przetwarzanie odbywa się w ludzkich mózgach, ale nigdy wcześniej nie zaobserwowano go na poziomie całego mózgu” – podsumowuje Greva.
Możliwe wglądy w ewolucję i medycynę
Griffa twierdzi, że piękno modelu badaczy polega na jego prostocie oraz na tym, że inspiruje on nowe perspektywy i kierunki badań w dziedzinie ewolucji i neuronauki obliczeniowej. Na przykład odkrycia można powiązać ze zwiększaniem się rozmiaru ludzkiego mózgu w czasie, co prowadzi do powstania bardziej złożonych wzorców połączeń.
„Możemy założyć, że te równoległe przepływy informacji umożliwiają wielokrotne reprezentowanie rzeczywistości i zdolność do wykonywania abstrakcyjnych funkcji charakterystycznych dla ludzi”.
Dodaje, że choć hipoteza ta jest jedynie spekulacją, podobnie jak w… Komunikacja przyrodnicza Badanie nie obejmowało żadnego badania zdolności arytmetycznych ani poznawczych ludzi i są to pytania, którymi chciałaby się zająć w przyszłości.
„Przyjrzeliśmy się sposobom przekazywania informacji, zatem kolejnym interesującym krokiem będzie modelowanie bardziej złożonych procesów w celu zbadania, w jaki sposób informacje są łączone i przetwarzane w mózgu w celu stworzenia czegoś nowego”.
Jako badaczka pamięci i funkcji poznawczych jest szczególnie zainteresowana wykorzystaniem modelu opracowanego w badaniu do sprawdzenia, czy równoległy transfer informacji może nadać plastyczność sieciom mózgowym, być może odgrywając rolę w neurorehabilitacji po uszkodzeniu mózgu lub w zapobieganiu pogorszeniu funkcji poznawczych. W chorobach starzenia.
„Niektórzy starzeją się zdrowo, inni doświadczają pogorszenia funkcji poznawczych, dlatego chcielibyśmy sprawdzić, czy istnieje związek między tą różnicą a występowaniem równoległych przepływów informacji i czy można ich przeszkolić w zakresie kompensacji procesów neurodegeneracyjnych”.
O tym newsie z badań neurologicznych
autor: Celii Lauterbacher
źródło: EPFL
Komunikacja: Celia Lauterbacher – EPFL
zdjęcie: Zdjęcie przypisane Neuroscience News
Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„Dowody na zwiększony równoległy transfer informacji w sieciach ludzkiego mózgu w porównaniu z samcami makaków i myszy„Dimitri van de Wiel i in. Komunikacja przyrodnicza
podsumowanie
Dowody na zwiększony równoległy transfer informacji w sieciach ludzkiego mózgu w porównaniu z samcami makaków i myszy
Komunikacja mózgowa, definiowana jako przekazywanie informacji poprzez połączenia istoty białej, stanowi podstawę zdolności obliczeniowych mózgu, które obejmują prawie wszystkie aspekty zachowania: od percepcji zmysłowej typowej dla gatunków ssaków po złożone funkcje poznawcze u ludzi.
W jaki sposób strategie komunikacji w dużych sieciach mózgowych przystosowały się na przestrzeni ewolucji, aby realizować coraz bardziej złożone funkcje?
Stosując podejście grafowe i teorię informacji do oceny ścieżek związanych z informacją w mózgach samców myszy, makaków i ludzi, wykazujemy lukę w łączności mózgowej pomiędzy selektywnym transferem informacji u ssaków innych niż ludzie, gdzie obszary mózgu dzielą się informacjami poprzez indywidualne multi -ścieżki synaptyczne. Równoległy transfer informacji u ludzi, gdzie regiony dzielą się informacjami wieloma równoległymi ścieżkami. U ludzi transport równoległy służy jako główne połączenie między systemami jednostronnymi i transmodalnymi.
Układ ścieżek związanych z informacją jest unikalny dla osobników różnych gatunków ssaków, co sugeruje specyfikę struktury trasowania informacji na poziomie indywidualnym.
Nasza praca dostarcza dowodów na to, że różne wzorce połączeń są powiązane z ewolucją sieci mózgowych u ssaków.
„Nagradzany beeraholik. Fan Twittera. Podróżnik. Miłośnik jedzenia.