Slušajući pozadinsko brbljanje u mozgu, naučnici mogu predvideti odnose između različitih neurona, prema novom istraživanju naučnika Univerziteta Oregon i njihovih kolega.
Napredak bi mogao pomoći da se duboka stimulacija mozga učini održivijim tretmanom za stanja kao što su Parkinsonova bolest, epilepsija i depresija, omogućavajući lekarima da shvate tačno koje neurone da stimulišu bez opsežnih pokušaja i grešaka.
Nalazi su objavljeni u radu objavljenom 7. decembra.
Duboka moždana stimulacija je novi tretman za određena neurološka i psihijatrijska stanja koja nisu reagovala na druge tretmane. Elektrode se hirurški implantiraju u mozak tako da stimulišu specifična neuronska kola, ublažavajući simptome.
Ali efikasno korišćenje ovih elektroda je teško. Svaki od njih sadrži mnogo različitih kanala koji mogu stimulisati različite tačke, pa čak i neuroni jedan pored drugog mogu imati veoma različite uloge. Pronalaženje pravog mesta za stimulaciju uključuje mnogo pokušaja i grešaka, što je i skupo i rizično.
„Ono o čemu smo razmišljali u ovom radu je, umesto pokušaja i grešaka, možda bismo mogli da predvidimo efekat stimulacije pre nego što stimulišemo“, rekao je Luca Mazzucato, računarski neuronaučnik na UO College of Arts and Sciences koji je zajedno vodio rad zajedno sa Roozbeh Kianijem na Univerzitetu u Njujorku.
Ljudski mozak sadrži otprilike 100 milijardi neurona, tako da je razumevanje odnosa između njih daleko od jednostavnog. Kada je toliko mnogo varijabli u igri, može biti posebno izazovno shvatiti kada jedan neuron izaziva aktivnost drugog neurona nizvodno, u odnosu na neku drugu spoljnu silu koja utiče na njih oboje u tandemu.
Da bi rešio ovaj problem unutar složenosti mozga, Mazukato je pronašao inspiraciju u oblasti ekologije. On je odbacio skup matematičkih jednačina koje je prvobitno razvio biolog Džordž Sugihara sa Instituta Skrips da bi razumeo kako fluktuirajuće temperature okeana utiču na populaciju riba. Te jednačine su dizajnirane da razmrse uzročno-posledične veze između različitih varijabli koje na površini mogu izgledati nepovezane.
Mazzucato i njegove kolege otkrili su da mogu koristiti iste metode u mozgu, da predvide odnose između određenih moždanih kola tražeći obrasce u spontanoj pozadinskoj aktivnosti neurona.
Istraživači NIU snimili su moždanu aktivnost iz prefrontalnog korteksa kod majmuna makakija, kako bi dobili očitavanja pozadinske aktivnosti. Zatim su Mazzucato i njegov tim koristili jednačine da predvide uzročne veze između različitih neurona. Mogli su da testiraju svoja predviđanja stimulišući određene oblasti mozga i vide koji neuroni reaguju.
Njihovo matematičko modeliranje je funkcionisalo, otkrio je tim. Tačno je mapirao odnose između neurona i omogućio naučnicima da predvide efekte stimulacije na određenim mestima.
Ovo otkriće otvara uzbudljive puteve za buduće eksperimente. Istraživači se sledeće nadaju da će testirati da li su ove uzročne veze između neurona povezane sa ponašanjem životinja – to jest, da li je moguće predvideti kako će stimulacija određenog dela mozga uticati na ponašanje.
Na kraju, članovi tima se nadaju da će njihovo istraživanje dovesti do poboljšanih tretmana za složena neurološka stanja, putem duboke moždane stimulacije ili čak moždanih-mašinskih interfejsa koji omogućavaju dvosmernu komunikaciju između mozga i računara.
