Mapiranje uma: Novi okvir povezuje moždane talase sa pojedinačnim kognitivnim stanjima

Mapiranje uma: Novi okvir povezuje moždane talase sa pojedinačnim kognitivnim stanjima

Složenost ljudskog mozga – 86 milijardi neurona jakih sa više od 100 triliona veza – omogućava apstraktno razmišljanje, usvajanje jezika, napredno rezonovanje i rešavanje problema, kao i sposobnost za kreativnost i društvenu interakciju. Razumevanje kako razlike u moždanoj signalizaciji i dinamici proizvode jedinstvenu spoznaju i ponašanje kod pojedinaca je dugo bio cilj istraživanja neuronauke, ali mnogi fenomeni ostaju neobjašnjivi.

Studija neuronaučnika i inženjera sa Vašingtonskog univerziteta u Sent Luisu rešava ovaj jaz u znanju novom metodom za kreiranje personalizovanih modela mozga, koji nude uvid u individualnu neuronsku dinamiku. Predvođeni ShiNung Chingom, vanrednim profesorom na Odeljenju za elektrotehniku i inženjerstvo sistema Preston M. Green na Školi inženjerstva McKelvei, i Todd Braverom, profesorom na Odeljenju za psihološke nauke i nauke o mozgu u umetnosti i nauci, rad je objavljen 1. 17 u PNAS-u, uvodi novi okvir koji će omogućiti istraživačima da kreiraju individualizovane modele mozga na osnovu detaljnih podataka iz neinvazivni skeniranje mozga visoke vremenske rezolucije. Takvi personalizovani modeli imaju primenu u istraživačkim i kliničkim okruženjima, gde bi mogli da podrže napredak u neuronauci i lečenju neuroloških stanja.

„Ovo istraživanje je motivisano našom potrebom da razumemo varijacije od osobe do osobe u dinamici mozga“, rekao je prvi autor Metju Sing, koji je sproveo istraživanje dok je bio postdoktorski saradnik kod Bravera i Chinga na VashU, a sada je docent na Univerzitetu. iz Ilinoisa Urbana-Champaign. „Ne objašnjavamo čitav niz biofizičkih mehanizama koji rade u ljudskom mozgu, ali smo u mogućnosti da rasvetlimo zašto zdravi pojedinci imaju drugačiju dinamiku mozga pomoću našeg novog okvira za modelovanje, koji nam daje uvid u mehaniku mozga i predviđanja koja se mogu testirati. moždanih fenomena“.

Ključna prednost tehnike tima je njena sposobnost da vidi individualne varijacije u generisanju alfa i beta talasa i poveže ih sa globalnim promenama u mozgu. Ove dve vrste moždanih talasa, koje karakterišu različite električne frekvencije, povezane su sa različitim kognitivnim stanjima i funkcijama. Na primer, alfa talasi su povezani sa opuštenim stanjima, kao što je meditacija, dok su beta talasi povezani sa uzbunom i aktivnim stanjima, kao što su donošenje odluka i rešavanje problema. Varijacije u vršnoj frekvenciji alfa talasa tradicionalno su bile pouzdana mera individualnih razlika u mozgu i ponašanju.

Studija povezuje razlike u alfa- i beta-frekvencijskim oscilacijama sa varijacijama na nivou mozga u ravnoteži između ekscitatornih neurona – onih koji pojačavaju aktivnost ispaljivanjem i prosleđivanjem signala drugim neuronima – i inhibitornih neurona – onih koji regulišu aktivnost govoreći drugim neuronima da ne paliti. Istraživači su potvrdili personalizovane modele pokazujući da mogu da reprodukuju globalne individualne alfa i beta obrasce i tačno predvide buduću aktivnost celog mozga, potvrđujući moć objašnjenja njihovog okvira.

„Ova nova tehnika pruža moćan alat za istraživanje mehanizama koji leže u osnovi individualne dinamike mozga na osnovu neinvazivnih merenja moždane aktivnosti“, rekao je Ching. „Ovo će nam omogućiti da unapredimo neuronauku na visokom nivou, kreiramo precizne modele mozga za pojedince koji mogu predvideti buduću moždanu aktivnost i koristiti to znanje za informisanje personalizovanih medicinskih intervencija.

„Stalna saradnja, proširenje i usavršavanje našeg modela biće ključni deo narednih koraka ovog projekta“, dodao je Braver. „Naš inovativni pristup ima potencijal da pruži nove uvide u to kako individualne varijacije u dinamici mozga rezultiraju razlikama u kognitivnom funkcionisanju. Nadamo se da bi ovaj okvir mogao na kraju da informiše i nove načine poboljšanja kognitivnog funkcionisanja, kao što je neurostimulacija.“