Șoarece, insectă sau vierme – la toate aceste creaturi, același principiu ghidează formarea de conexiuni super puternice între neuronii din creier, confirmă un nou studiu. Cercetarea ajută la validarea ideii că, indiferent de specie, există un mecanism universal care stă la baza modului în care se formează rețelele cerebrale.
Diferitele animale poartă în creier un număr contrastant de neuroni, variind de la sute la viermi până la zeci de miliarde la oameni. Neuroni formează legături între ele, numite sinapse, care permit informațiilor să treacă dintr-o regiune a creierului în alta sub formă de semnale electrice. Împreună, aceste conexiuni formează o rețea care permite animalelor să funcționeze și să proceseze informații despre lume.
Această rețea este flexibilă; este mereu în schimbare și rearanjare. Unele dintre conexiunile dintre neuroni sunt destul de slabe și astfel se rup și se înlocuiesc cu ușurință, în timp ce un grup mic este foarte puternic. Aceste legături puternice sunt cunoscute sub denumirea de conexiuni „cu coadă grea” deoarece, pe un grafic al densității conexiunilor din creier, de la scăzut la cel mai mare, sunt valorile aberante reprezentate la capătul dens al scalei – ca și coada unui animal.
Aceste conexiuni cu coadă grea joacă un rol mai important în control procese cognitive majore, cum ar fi învățarea și memoria, în comparație cu conexiunile mai slabe care le depășesc cu mult în număr în creier. Cu toate acestea, nu se știa dacă aceste legături puternice s-au format prin principii simple și cunoscute de organizare a rețelei sau prin mecanisme care erau specifice speciei, potrivit autorilor noului studiu, publicat miercuri (17 ianuarie) în jurnal. Fizica naturii.
Legate de: Harta 3D prezintă „antene” celulelor creierului uman în detalii deosebite
„Se știe de ceva timp că numărul de neuroni la care este conectat un neuron variază foarte mult, unii neuroni din rețea fiind hub-uri puternic conectate.” Marcus Kaiserun profesor de neuroinformatică la Universitatea Nottingham din Marea Britanie, care nu a fost implicat în cercetare, a declarat Live Science într-un e-mail.
„Cu toate acestea, între specii, distribuția greutăților [strengths] a unei conexiuni variază, de asemenea, foarte mult”, a spus el. Echipa a vrut să vadă dacă această variație ar putea proveni din diferențele în modul în care creierul fiecărei specii ajunge să fie conectat.
Autorii au analizat hărți ale conexiunii dintre neuroni, numite conectomi, bazate pe creierul șoarecilor, muștelor de fructe și a două specii de viermi. Ei au creat aceste hărți analizând mostre de țesut cu tehnici imagistice specializate.
Pentru a deduce modul în care se pot forma conexiunile grele, au folosit datele din conectomi pentru a dezvolta un model matematic bazat pe un principiu de auto-organizare neuronală cunoscut sub numele de plasticitate Hebbian. Acest principiu poate fi rezumat cu sintagma „neuronii care se declanșează împreună, se conectează împreunăCu alte cuvinte, atunci când un neuron activează în mod repetat altul prin mesaje chimice, legătura dintre cele două celule devine mai puternică. Acest principiu de bază stă la baza modului în care noi învață și formează amintiri.
Cu toate acestea, unele cercetări anterioare au sugerat că numai dinamica Hebbian poate să nu explice complet capacitatea animalelor de a-și reconecta sinapsele și de a consolida conexiunile dintre neuroni.
Modelul autorilor a confirmat că plasticitatea hebbiană a explicat formarea conexiunilor coadă grea la toate animalele pe care le-au studiat, fără a fi nevoie de mecanisme suplimentare specifice fiecărei specii. Pe lângă explicarea conexiunilor cu coadă grea, acest principiu ghidează probabil tendința neuronilor de a se grupa și de a forma grupuri strâns legate în funcție de nivelul lor de activitate, au spus cercetătorii.
Pentru ca modelul lor să semene mai bine cu un creier adevărat, autorii s-au asigurat că acesta ține cont de o anumită aleatorie în organizarea rețelei, au spus ei într-un afirmație. Ei au presupus că neuronii s-ar rearanja și se conectează de obicei datorită activității lor, ca în dinamica Hebbian, sau aleatoriu, cu sinapsele deconectându-se sau formându-se uneori fără un motiv clar, Christopher Lynnprimul autor al noului studiu și profesor asistent de fizică la Universitatea Yale, a spus într-un altul afirmație.
„În general, acesta este un prim pas promițător pentru a explica variația greutății sinaptice [the strength of connections between neurons] prin rețelele neuronale biologice”, a spus Kaiser.
Cu toate acestea, o limitare a articolului poate fi aceea că autorii au comparat doar câteva caracteristici din modelul lor cu rețelele neuronale reale, a spus el. De exemplu, au testat gruparea cu modelul lor, dar nu cu alte caracteristici pe care te-ai aștepta să le vezi în rețelele cerebrale cu conexiuni grele, a spus el. Acestea includ module – regiuni dens conectate ale neuronilor – și lungimi generale scurte de cale, adică distanța dintre celule.
Autorii nu au studiat creierul uman în lucrare, dar cred că studierea acestui principiu aparent universal al dezvoltării rețelelor ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine structura și funcția creierului la multe animale, inclusiv la oameni.
„Aceste descoperiri ne-ar putea ajuta să înțelegem mai bine cum apar varietatea de conexiuni în creierul uman și cum creierul se vindecă și se recuperează după răni”, Dietmar Plenzinvestigator principal la Institutul Național de Sănătate Mintală, care nu a fost implicat în cercetare, a declarat pentru Live Science într-un e-mail.
Nota editorului: Acest articol a fost actualizat la 18 ianuarie 2024 cu un citat din Dietmar Plenz. Povestea a fost publicată pentru prima dată pe 17 ianuarie 2024.
Te-ai întrebat vreodată de ce unii oameni își construiesc mușchi mai ușor decât alții sau de ce ies pistruii la soare? Trimite-ne întrebările tale despre cum funcționează corpul uman community@livescience.com cu subiectul „Health Desk Q” și este posibil să vedeți răspunsul la întrebarea dvs. pe site!