Studie odhaluje, jak mozek flexibilně přepíná komunikační cesty

Když si vzpomínáme na něco známého nebo prozkoumáme novou situaci, mozek ne vždy používá stejné komunikační trasy. Mezinárodní studie vedená Claudio Mirasso v Institutu pro mezi disciplinární fyziku a komplexní systémy (IFISC), společné centrum Španělské národní rady pro výzkum (CSIC) a University of Baleárské ostrovy (UIB) a Santiago Canals v institutu pro neurověd (in), objevily společné centrum CSIC a její univerzitu (umh), jak umh), a umh), jak umh), a umh), jak jich) (in). Flexibilně mění své komunikační dráhy modulací rovnováhy mezi dvěma základními inhibičními obvody.

Tyto výsledky, nedávno zveřejněné v Výpočetní biologie PLOS, Ukazují, že tato flexibilita závisí na rovnováze mezi dvěma typy inhibičních mechanismů, které regulují interakci mezi pomalými (theta) a rychlými (gama) rytmy. Díky tomuto mechanismu může mozek vybrat různé zdroje informací, jako jsou smyslové podněty z vnějšího prostředí nebo uložené smyslové zážitky z paměti.

K dosažení těchto závěrů vědci kombinovali výpočetní modely s experimentálními nahrávkami v hippocampu, což je oblast mozku zásadní pro paměť a navigaci. Zjistili, že ve známém prostředí, kde jsou již známy smyslové zážitky, neurony upřednostňují přímý komunikační režim, který usnadňuje přenos z entorhinální kůry do hippocampu. V tomto režimu je upřednostňována reaktivace zavedené paměti. Naproti tomu, když čelí novosti, mozek aktivuje další režim, který integruje reaktivaci paměti s novými senzorickými vstupy. V tomto režimu je upřednostňována aktualizace paměti.

Až dosud se předpokládalo, že fáze pomalých mozkových rytmů organizovala amplitudu rychlejší aktivity; Tato studie však ukazuje, že vztah je obousměrný:

Tato práce poskytuje mechanistické vysvětlení toho, jak mozek flexibilně mění komunikační kanály v závislosti na kontextu. “

Dimitrios ChalKiadakis, první autor studie

„Úpravou rovnováhy mezi různými typy inhibice definují obvody, které vstupy pro prioritu, ať už z cest souvisejících s pamětí nebo z nových smyslových informací,“ zdůrazňuje výzkumník.

Prostřednictvím teoretického rámce integrující elektrofyziologické údaje z potkanů ​​zkoumajících nová a známá prostředí odborníci identifikovali dva režimy provozu: v jednom vede k interakci s vodicími vzoru k interakcím s gama-theta, zatímco v druhé inhibici zpětné vazby vytváří interakce theta k gama. Neuronální obvody v mozku přirozeně implementují oba režimy inhibiční konektivity. Studie ukazuje, že přechod mezi nimi je kontinuální a upřednostňování jedné nebo druhého závisí pouze na síle synaptických spojení mezi neurony v obvodu. To umožňuje, aby byl provozní způsob flexibilně přizpůsoben kontextu a kognitivním požadavkům.

Mimo paměť

Studie naznačuje, že tato flexibilní forma koordinace mezi mozkovými rytmy by se mohla rozšířit na další kognitivní funkce, jako je pozornost. Ve skutečnosti nedávná práce u lidí ukazuje vzorce v souladu s výpočetním modelem. To ukazuje na obecný princip mozku: rovnováha mezi inhibičními obvody je klíčem k řízení informací v jeho složité síti připojení.

„Naše výsledky pomáhají sjednotit protichůdné názory na to, jak mozkové rytmy různých frekvencí interagují“, vysvětluje Mirasso. „Spíše než být čistě místní nebo zděděni z dřívějších regionů, tyto rytmy vycházejí z interakce mezi vnějšími vstupy a lokální inhibiční dynamikou. Tento duální mechanismus umožňuje mozku optimalizovat zpracování informací za různých podmínek,“ dodává kanály.

Kromě paměti a navigace by se zjištění mohla rozšířit na další kognitivní funkce. Při pohledu dopředu vědci mají v úmyslu rozšířit svůj model tak, aby zahrnoval větší rozmanitost neuronů a architektur specifických pro každou oblast mozku. Cílem je lépe porozumět tomu, jak se tato rovnováha mění v patologiích, jako je epilepsie, závislost nebo Alzheimerova choroba: „Studium těchto dynamiky na mechanistické úrovni by mohlo nakonec inspirovat nové terapeutické intervenční strategie,“ uzavírají oba autoři.

Tato práce byla umožněna díky financování španělského ministerstva vědy, inovací a univerzit prostřednictvím projektového programu výzkumu a vývoje (výzvy pro generování znalostí a výzkumné výzvy) a od Španělské státní výzkumné agentury prostřednictvím Severo Ochoa Centers of Excellence a Program María de Maeztu.