Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Bodźce zewnętrzne i ich wpływ na aktywność mózgu

Neuronaukowcy użyli klasycznej elektroencefalografii (EEG) do rejestracji elektrycznej aktywności mózgu i czynnościowego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) do obserwacji mózgu i miejsc, gdzie ta aktywność zachodzi. Przy użyciu tych informacji naukowcy mogli stworzyć modele komputerowe do badania szlaków komunikacji między odległymi regionami mózgu.
Bodźce zewnętrzne i ich wpływ na aktywność mózgu
Badania sieci komunikacyjnych poszerzają wiedzę na temat pracy mózgu. Odkryto, że regiony mózgu są podzielone na moduły, obejmujące gęsto połączone wewnętrznie grupy, których połączenia z innymi regionami, należącymi do osobnych grup, są mniej liczne. Ten podział pomaga w segregowaniu części mózgu o wyspecjalizowanej funkcji, lecz nie wyjaśnia, gdzie informacja z różnych zmysłów jest łączona i integrowana.

Obecność regionów mózgu spinających wiele innych regionów, które zwane są koncentratorami, może być brakującym elementem układanki. Te koncentratory, których połączenia rozciągają się na różne wyspecjalizowane moduły, mogą "nasłuchiwać" w oczekiwaniu na informacje z różnych jednostek sensorycznych i dzielić się nimi z innymi koncentratorami. Skutki tego badali uczestnicy finansowanego przez UE projektu INTERACTIONS (Investigation of the interaction between external stimulation and ongoing brain activity in cortical networks: analysis, modeling and empirical corroboration).

Naukowcy zbadali strukturalną łączność mózgów kotów, makaków i ludzi, aby stworzyć dynamiczne modele ich aktywności. Wyniki porównano z empirycznymi obserwacjami dynamiki ludzkiego mózgu przy użyciu danych fMRI. Odkryto, że hierarchiczne struktury, w których, jak w przypadku mózgu, obserwuje się zarówno organizację modularną, jak i koncentratory, lepiej przeprowadzają skomplikowane procesy dynamiczne niż inne struktury hierarchiczne. Innymi słowy, przypadkowo połączony mózg byłby niezdolny do kategoryzowania zewnętrznych informacji, jakie otrzymuje, podczas gdy mózg uformowany z idealnych modułów nie mógłby "znaleźć sensu" tych informacji.

Uczestnicy projektu INTERACTIONS postanowili również odkryć, jakim rodzajem dynamicznego układu jest mózg. W związku z tym naukowcy zbadali metodą fMRI zdrowe osoby pozostające w spoczynku, aby określić, czy dynamiczna aktywność mózgu przypadkowo zmierza do coraz to nowych, możliwych do osiągnięcia stanów, czy też ogranicza się do skończonych zestawów stanów. Drugi z przypadków można wykryć, jeśli system wraca po pewnym czasie do stanów, którymi się już wcześniej zajmował.

Wyniki wykazały, że dynamika mózgu jest częściowo rekurencyjna i sprzyja zasobnym, lecz ograniczonym zestawom stanów, mimo prawie nieskończonej liczby możliwych stanów, w które może się wprowadzić. To wydajne i zarazem elastyczne zachowanie dynamiczne, jest uzależnione od fizycznej sieci połączeń, która jest hierarchicznie zorganizowana w moduły wyspecjalizowanych regionów mózgu wzajemnie połączonych poprzez regiony koncentratorów.

Uczestnicy projektu INTERACTIONS stworzyli narzędzie komputerowe do analizy skomplikowanych sieci. Wyniki projektu pogłębią wiedzę o organizacji mózgu i jego dynamicznych zachowaniach oraz wyjaśnią, jak tworzyć modele jego aktywności.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Elektroencefalografia, mózg, czynnościowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, szlaki komunikacyjne, integracja multisensoryczna, sieci hierarchiczne, koncentratory
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę