Po prvi put, istraživači predvođeni timom profesora dr Petre Riter uspeli su da objasne širenje putujućih talasa aktivnosti u ljudskom mozgu pomoću kompjuterske simulacije. Prethodne studije pokazuju da su ovi talasi važni za različite kognitivne funkcije kao što je pamćenje.
Ritter je profesorica Johanna Kuandt na berlinskom institutu za zdravlje u Charite (BIH) koja vodi istraživačku grupu za simulaciju mozga. Takođe je šef odseka za simulaciju mozga na Odeljenju za neurologiju i eksperimentalnu neurologiju na Charite-Universitatsmedizin Berlin.
Rezultati studije koju je vodio Riter objavljeni su u Nature Communications i deo su disertacije Dominika Kolera, prvog autora publikacije.
Putujući talasi aktivnosti su obrazac neuronskih signala koji nastaju kada su grupe neurona aktivne u isto vreme dok ova sinhrona aktivnost putuje prostorno preko korteksa tokom vremena. Istraživači mogu da vizuelizuju talase koristeći merenja kao što je elektroencefalografija (skraćeno EEG). Talasi su uzrokovani prostorno proširenim gradijentom frekvencije u mozgu, koji zauzvrat nastaje gradijentom jačine veze.
Riter je uveren da moždani talasi mogu biti ključ za procese učenja u mozgu, jer sinhrona aktivnost jača vezu. „Talasni frontovi koji se kreću kroz mozak sinhronizuju aktivnost nervnih ćelija, čak i ako su prostorno udaljene jedna od druge. Dobro poznata teorija kaže da ono što ‘pali’ zajedno – tj. aktivno je u isto vreme – povezuje se. znači da ovi talasi mogu pružiti važnu osnovu za koordinaciju plastičnih promena u mozgu, nazvanih učenje.“
Talasi u mozgu mogu da putuju na različitim prostornim skalama i da menjaju pravac i druge veštine. „Znamo da postoje različiti faktori koji utiču na širenje talasa, ali tačni odnosi su veoma složeni. Sa našim matematičkim modelima mozga, uprkos složenosti, moguće je razbiti osnovna pravila“, kaže Riter.
Poznavanje mehanizama koji stoje iza razvoja putujućih talasa aktivnosti može poboljšati lečenje moždanih bolesti u budućnosti i pomoći u razumevanju ovih bolesti. „Na primer, u lečenju šizofrenije, epilepsije ili Parkinsonove bolesti“, dodaje Riter.
Digitalni moždani blizanci koje razvija Riterov tim takođe se mogu koristiti za simulaciju reakcije mozga na stimulus. Riter vidi potencijal u simulaciji za planiranje terapija kao što je moždana stimulacija – na primer, duboka moždana stimulacija za Parkinsonovu bolest – ali i za planiranje neurohirurških intervencija na personalizovan način na računaru i na taj način ih učini sigurnijim i efikasnijim.
„Ono što prethodni modeli nisu uzeli u obzir su plastične promene. Razumevanje razvoja talasnih frontova sada se takođe može koristiti za simulaciju efekata učenja u smislu promene u mozgu“, kaže Riter.
U sledećem koraku, istraživači planiraju da koriste model za simulaciju dugoročnih efekata spoljašnje stimulacije mozga, kao što je transkranijalna magnetna stimulacija (TMS) ili duboka stimulacija mozga umetnutim elektrodama, odnosno kada dođe do plastičnih promena. Na ovaj način bi istraživanje mozga moglo pomoći lekarima da u budućnosti koriste kompjuterske simulacije kako bi planirali koja stimulacija ima najbolji efekat na bolesnu osobu.
