Cercetătorii descoperă unde cerebrale rotative care coordonează informațiile senzoriale
Undele cerebrale rotative apar și călătoresc în creier. Oamenii de știință speră să afle dacă aceste unde rotative în mișcare au un rol global în perceperea și interpretarea stimulilor interni și externi, în formarea memoriei și în gestionarea performanței motorii.
„Am descoperit un nou tip de undă cerebrală care se rotește specific în spațiu și timp, se bazează pe un circuit anatomi circular în cortexul senzorial și influențează activitatea din întreaga activitate cerebrală”, a declarat Nick Steinmetz, profesor asociat de neurobiologie și biofizică la Universitatea din Washington, Școala de Medicină, Seattle.
Echipa sa a condus cercetarea.
Detalii despre aceste unde cerebrale călătoare și date privind activitatea lor în timpul unor comportamente specifice observate la șoareci sunt raportate săptămâna aceasta în Science.
Descoperirile legate de aceste unde în formă de vortex sunt, după cum spun cercetătorii, fascinante.
Oamenii de știință au analizat modul în care structura anatomică a creierului șoarecelui coordonează structura și propagarea acestor unde, care își au originea cel mai frecvent în regiunea somatosenzorială. Această zonă procesează senzațiile percepute de piele și mușchi, precum și semnale despre poziția corpului, postura și părțile acestuia, dar și alți stimuli.
Neuronii care generează aceste unde rotative formează un model asemănător unui carusel în cortexul senzorial al creierului. Axonii lor, care produc semnale electrice, sunt orientați într-un cerc. Această aranjare arhitecturală fixă, aproape ca vagoanele de tren pe o pistă circulară, coincide cu mișcarea spiralată a undelor cerebrale.
Undele au fost observate pe ambele părți ale creierului șoarecelui și au fost coordonate între părțile senzoriale și motorii ale creierului. Oamenii de știință au observat că undele spiralate au fost, de asemenea, sincronizate cu activitatea în zone mai profunde ale creierului, asociate cu funcții de bază, cum ar fi talamusul, striatul și creierul mijlociu.
Pentru că aceste unde rotative călătoresc spre diferite regiuni ale creierului, ele ar putea juca un rol în împărtășirea informațiilor între părțile creierului responsabile pentru funcții diferite, dar interdependente. De exemplu, interacțiunea dintre cortexul senzorial și cortexul motor este probabil crucială pentru navigarea în mediu și alte mișcări fizice voluntare.
Cercetătorii au efectuat studiile folosind imagistica cerebrală la nivelul cortexului și măsurători de electrofiziologie la scară largă.
Printre metodele utilizate s-a numărat observarea efectului unui jet de aer ușor asupra perciunilor faciale stângi ale șoarecelui. Acest stimul a evocat o succesiune de unde rotative în sensul acelor de ceasornic în cortexul senzorial drept, cu unde corespunzătoare în cortexul motor.
De asemenea, oamenii de știință au încurajat șoarecii cu o recompensă pentru un joc de detectare a obiectelor care necesită coordonarea între labe și ochi. Aceștia au observat diferențe în undele cerebrale rotative, care au variat în funcție de starea de excitabilitate a șoarecelui și de succesul său în îndeplinirea sarcinii.
Cercetătorii nu au stabilit încă dacă undele rotative călătoare sunt coordonate global în aceeași măsură și în alte specii, inclusiv la oameni, așa cum sunt la șoareci.
Referitor la funcția dinamicii undelor rotative, cercetătorii speculează că acestea ar putea acționa ca ceasuri de spațiu și timp pentru a stabili succesiunea evenimentelor, de la senzație la acțiune. De asemenea, undele ar putea ajuta la consolidarea conexiunilor care devin mai adânc înrădăcinate cu practica unei sarcini vizual-motorii. Prin propagarea în mai multe zone ale creierului, aceste unde ar putea oferi o modalitate pentru creier de a începe să prezică succesiunile senzoriale și de a coordona răspunsurile motorii.
Primul autor al lucrării, Zhiwen Ye, își va înființa următorul laborator de cercetare ca investigator principal junior în Institutul de Neuromodulare și Cogniție, parte a Academiei Medicale de Cercetare și Traducere Shenzhen, un institut biomedical de cercetare recent înființat în China.
Cercetarea a fost susținută de un premiu CAREER de la National Science Foundation (2142911), cu suport suplimentar din partea Pew Biomedical Scholars Program, Klingenstein-Simons Fellowship Award în Neuroscience, National Institutes of Health BRAIN Initiative (U19MH114830), o bursă postdoctorală de la Washington Research Foundation și suport postdoctoral de la National Eye Institute (EY07031).
