Části mozku offline, i když jsme vzhůru

Nový výzkum naznačuje, že části mozku přirozeně cyklicky zapínají a vypínají, i když jsme vzhůru. Vyšetřovatelé Stanfordské univerzity věří, že by to mohlo vést k intervencím, které zajistí, že oblasti mozku, které používáme, jsou on-line a fungují na nejvyšší úrovni.

Vědec vysvětluje, že když jsme v hlubokém spánku, naše mozková aktivita odchází a proudí ve velkých, zjevných vlnách, jako je sledování přílivu lidských těl, jak stoupají a sedají si kolem sportovního stadionu. Je těžké chybět.

V nové studii vědci zjistili, že existují stejné cykly v brázdě jako ve spánku, ale pouze s malými částmi sedí a stojí v souzvuku spíše než celý stadion. Je to, jako by malé části mozku nezávisle zaspávaly a neustále se probouzely.

Navíc se zdá, že když se neurony dostanou do aktivnějšího nebo „zapnutého“ stavu, budou lépe reagovat na svět. Neurony také věnují více času v zapnutém stavu, když věnují pozornost úkolu. Toto zjištění naznačuje, že procesy, které regulují mozkovou aktivitu ve spánku, mohou také hrát roli v pozornosti.

"Selektivní pozornost je podobná tomu, jak trochu probudit malé části vašeho mozku," řekla Tatiana Engel, Ph.D., postdoktorandka a spoluautorka výzkumu, nedávno publikovaná v Věda.

Bývalý postgraduální student Nicholas Steinmetz je dalším spoluautorem experimentů s neurofyziologií prováděných v laboratoři Dr. Tirina Moora, profesora neurobiologie a jednoho z hlavních autorů.

Pochopení těchto nově objevených cyklů vyžaduje trochu vědět o tom, jak je mozek organizován.

Pokud byste měli napíchnout špendlík přímo do mozku, všechny mozkové buňky, které zasáhnete, by reagovaly na stejné typy věcí. V jednom sloupci mohou všichni reagovat na objekty v určité části zorného pole - například vpravo nahoře.

Tým použil to, co se rovná sadám velmi citlivých kolíků, které mohou zaznamenávat aktivitu ze sloupce neuronů v mozku.

V minulosti lidé věděli, že jednotlivé neurony procházejí fázemi bytí více či méně aktivními, ale s touto sondou poprvé viděli, že všechny neurony v daném sloupci cyklují společně mezi velmi rychlou střelbou a následnou střelbou na mnohem pomalejší rychlost, podobná koordinovaným cyklům ve spánku.

"Během zapnutého stavu začnou všechny neurony rychle střílet," uvedla Dr. Kwabena Boahen, profesorka bioinženýrství a elektrotechniky ve Stanfordu a hlavní autor článku.

"Pak najednou prostě přepnou na nízkou rychlost střelby." Toto přepínání zapnutí a vypnutí se děje po celou dobu, jako by neurony hodily mincí, aby se rozhodly, zda budou zapnuty nebo vypnuty. “

Tyto cykly, které se vyskytují v řádu sekund nebo zlomků sekund, nebyly po probuzení tak viditelné, protože vlna se za tímto sloupcem příliš nešíří, na rozdíl od spánku, kdy se vlna šíří téměř po celém mozku a je snadné detekovat.

Tým zjistil, že stavy vyšší a nižší aktivity souvisejí se schopností reagovat na svět.

Skupina měla svoji sondu v oblasti mozku u opic, která specificky detekuje jednu část vizuálního světa. Opice byly vycvičeny, aby věnovaly pozornost narážce, která naznačuje, že se něco v určité části zorného pole - řekněme vpravo nahoře nebo vlevo dole - mírně změní. Opice pak dostaly lahůdku, pokud správně zjistily, že tuto změnu viděli.

Když tým dal narážku na to, kde by mohlo dojít ke změně, neurony ve sloupci, které snímají tuto část světa, začaly trávit více času v aktivním stavu.

V podstatě všichni pokračovali ve shodě mezi státy, ale pokud dávali pozor, trávili více času v aktivním stavu. Pokud ke změně stimulu došlo, když byly buňky v aktivnějším stavu, opice také pravděpodobněji správně identifikovala změnu.

"Opice je velmi dobrá v detekci změn stimulů, když jsou neurony v tomto sloupci v zapnutém stavu, ale ne ve vypnutém stavu," řekl Engel. I když opice věděla, že má věnovat pozornost určité oblasti, pokud neurony cyklovaly do stavu nižší aktivity, opici často chyběla změna stimulu.

Engel řekl, že toto zjištění je něco, co by mohlo být známé mnoha lidem. Někdy si myslíte, že dáváte pozor, zdůraznila, ale stále vám budou chybět věci.

Vědci uvedli, že zjištění se vztahují také k předchozí práci, která zjistila, že ostražitější zvířata a lidé mají tendenci mít více rozšířené žáky.

V současné práci, kdy mozkové buňky trávily více času v aktivním stavu, byly opičí žáci také rozšířenější. Zjištění ukazují interakci mezi synchronními oscilacemi v mozku, pozorností k úkolu a vnějšími příznaky bdělosti.

"Zdá se, že mechanismy, které jsou základem pozornosti a vzrušení, jsou vzájemně závislé," řekl Moore.

Výzkum přináší nové otázky.

Vyšetřovatelé tvrdí, že z této práce vychází jeden dotaz, proč neurony cyklují do stavu nižší aktivity, když jsme vzhůru. Proč nezůstávat stále v aktivnějším stavu?

Jedna odpověď by se mohla týkat energie. "S nepřetržitým spalováním neuronů jsou spojeny metabolické náklady," řekl Boahen. Mozek spotřebovává hodně energie a možná dává buňkám šanci udělat energetický ekvivalent vsedě a umožní mozku šetřit energii.

Když jsou neurony velmi aktivní, generují také buněčné vedlejší produkty, které mohou buňky poškodit. Engel poukázal na to, že stavy s nízkou aktivitou by mohly poskytnout čas k odstranění tohoto neuronového odpadu. "Tento dokument navrhuje místa, kde tyto odpovědi hledat," řekl Engel.

Zdroj: Stanford University