Kako naš mozak prelazi između različitih ponašanja? Nova studija je sada pružila prve odgovore na ovo ključno pitanje u neuronauci. Koristeći miševe, istraživači su istraživali električnu aktivnost u određenoj oblasti u mozgu. Rezultati su zatim analizirani uz pomoć adaptivnog kompjuterskog algoritma. Ova veštačka inteligencija identifikovala je tip tipičnog otiska prsta u signalima.
Analiza ovog signala omogućila je istraživačima da predvide na koje ponašanje će se životinje sledeće prebaciti, dve sekunde pre nego što su zaista napravile promenu. Rezultati su sada objavljeni u časopisu Nature Neuroscience.
Studija je sprovedena na Friedrich-Alekander-Universitat Erlangen-Nurnberg (FAU), Univerzitetskoj klinici u Kelnu i Institutu Maks Plank za istraživanje metabolizma.
Radimo hiljade različitih stvari svakog dana: telefoniramo, pišemo mejlove, jedemo, bavimo se sportom, peremo zube. Kako naš mozak uspeva da se prebaci između ovih različitih ponašanja? Ovo pitanje je trenutno predmet intenzivnog istraživanja u neuronauci. Ako ova centralna funkcija našeg mozga ne funkcioniše kako treba, to može dovesti do velikih neuropsihijatrijskih poremećaja, kao što su prejedanje, anoreksija ili opsesivno-kompulzivni poremećaj.
Određeno područje u mozgu igra važnu ulogu u pravljenju ovih prelaza: hipotalamus. Njegova uloga je slična ulozi kontrolora letenja. Deluje kao čvorište gde se skupljaju važne informacije o telu – da li smo gladni, koliko nam je visoka telesna temperatura, koliko brzo kuca naše srce.
Ostatak mozga obaveštava hipotalamus o spoljašnjem svetu. Na osnovu ovih informacija, hipotalamus reguliše urođena ponašanja kao što su jedenje, istraživanje okoline ili interakcija sa drugima. Ali kako to radi?
Da bi odgovorili na ovo pitanje, tandem istraživačkih grupa na čelu sa prof. dr Aleksejem Ponomarenko sa Instituta za fiziologiju i patofiziologiju FAU i prof. dr Tatjanom Korotkovom sa Univerzitetske klinike u Kelnu i MPI za istraživanje metabolizma kombinovao je nekoliko rezolucija. ivice tehnike neuronauke i matematike.
Istraživači su istraživali hipotalamus kod miševa, jer je ovaj deo mozga veoma sličan kod miševa i ljudi. „Koristili smo AI da analiziramo električnu aktivnost u određenom regionu unutar hipotalamusa“, objašnjava naučnik podataka Mahsa Altafi, doktorant na FAU.
Prvi nalazi su otkrili da hipotalamus oscilira u ritmu poznatom kao beta oscilacija. Nervne ćelije u hipotalamusu su posebno aktivne 20 puta u sekundi, pri čemu nivoi aktivnosti ponovo padaju između ovih vrhova. To je kao orkestar u kome se svi muzičari koncentrišu na dirigentsku palicu da bi svirali uglas.
Ono što je posebno interesantno je da se neke ćelije ne aktiviraju na taktu, već neposredno pre toga, neuobičajeno. Ove ćelije sviraju određenu melodiju. A redosled nota koje sviraju utiče na to koje muzičko delo orkestar svira sledeće. „Očitavanje električnog signala nam omogućava da predvidimo na koje ponašanje će se miš prebaciti dve sekunde kasnije“, objašnjava Altafi.
Ali šta se dešava ako je neobična melodija potisnuta? Čangvan Čen sa Instituta Maks Plank za istraživanje metabolizma i Univerzitetske klinike u Kelnu koristili su svetlost da manipulišu aktivnošću neurona hipotalamusa.
Efekat je bio iznenađujući: miševi su ostali zaglavljeni u svom trenutnom ponašanju sve dok se svetlo nije isključilo. Na primer, oni su uporno komunicirali sa drugim miševima čak i ako ovi miševi nisu pokazali interesovanje. „Bilo je zapanjujuće koliko je uporno miš sa inhibiranim prelaznim stanjem u interakciji sa drugim mišem koji je pokušavao da izbegne ovu produženu komunikaciju“, priseća se Čen.
Čini se da „neobična melodija“ dovodi hipotalamus u prelazno stanje, omogućavajući životinjama da pređu na drugo ponašanje. Koje je to ponašanje, međutim, ne zavisi samo od hipotalamusa.
Ispostavilo se da je hipotalamus upućen od strane medijalnog prefrontalnog korteksa, regiona odgovornog za kognitivnu kontrolu ponašanja. Na primer, razmatra koja je opcija najbolja u određenoj situaciji. Da jedem? Ili da radije komuniciram sa drugim mišem ili da sakupljam nova iskustva?
Da bi komunicirao sa hipotalamusom, medijalni prefrontalni korteks oscilira u skladu sa ritmom koji postavlja hipotalamus, prateći beta oscilaciju poput dirigentske palice. „Signali iz prefrontalnog korteksa pomažu hipotalamusu da promoviše prelaze između ponašanja“, objašnjava prof. Korotkova sa Univerzitetske klinike u Kelnu.
„Posebno je fascinantno da hipotalamus počinje da se priprema za prelaz između ponašanja oko dve sekunde pre nego što se to zaista dogodi. Verovatno je da miševi u ovom trenutku nisu ni svesno svesni da će preći na drugačije ponašanje.“
„Naši nalazi ukazuju na važnost beta oscilacija u orkestriranju aktivnosti bezbroj neurona koji pokreću specifična ponašanja, kao i za glatke prelaze između njih“, navodi prof. Ponomarenko.
„Ovi nalazi mogu voditi razvoj novih lekova i terapija za ozbiljne psihijatrijske poremećaje mozga. Radujem se danu kada će pacijenti sa anoreksijom nervozom ili opsesivno-kompulzivnim poremećajem imati koristi od ovoga.“
