سیم کشی مغز چگونه است؟ - وبلاگ داریوش

به گزارش وبلاگ داریوش، در مغز ما، ادراک از فعل و انفعال پیچیده نورون ها به وسیله سیناپس ها به هم متصل می شوند. اما تعداد و قدرت اتصالات بین انواع خاصی از نورون ها می تواند متفاوت باشد.

محققان بیمارستان دانشگاهی بن (UKB)، مرکز پزشکی دانشگاه ماینز و دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیانس مونیخ (LMU) به همراه یک تیم تحقیقاتی از موسسه تحقیقات مغز ماکس پلانک در فرانکفورت، به عنوان بخشی از برنامه محاسباتی اولویت

(Connectomics (SPP2041 اکنون کشف نموده است که ساختار نقاط قوت اتصال عصبی به ظاهر نامنظم حاوی یک نظم پنهان است. این مطلب برای پایداری شبکه عصبی لازم است.این مطالعه اکنون در مجله PNAS منتشر شده است.

ده سال پیش، کانکتومیکس، یعنی ایجاد نقشه ای از ارتباطات بین تقریباً 86 میلیارد نورون در مغز، نقطه عطف آینده علم اعلام شد و به این علت است که در شبکه های عصبی پیچیده، نورون ها به وسیله هزاران سیناپس به یکدیگر متصل می شوند.

در اینجا، استحکام ارتباطات بین نورون های فردی مهم است، زیرا برای یادگیری و عملکرد شناختی حائز اهمیت است.با این حال، هر سیناپس منحصر به فرد است و قدرت آن می تواند در طول زمان متفاوت باشد.

حتی آزمایش هایی که نوع مشابهی از سیناپس را در همان ناحیه مغز مقدار گیری کردند، مقادیر متفاوتی برای قدرت سیناپسی به دست آوردند.

پروفسور تاتیانا چوماتچنکو، رهبر گروه تحقیقاتی در مؤسسه صرع شناسی تجربی و تحقیقات شناختی UKB و در مؤسسه شیمی فیزیولوژیکی می گوید، این تنوع مشاهده شده به صورت تجربی، یافتن اصول کلی زیربنای عملکرد قوی شبکه های عصبی را سخت می نماید.

به عنوان نمونه، ریاضیات و آزمایشگاه به طور هدفمند در قشر بینایی اولیه (V1)، ترکیب شدند.محرک های بینایی منتقل شده به وسیله چشم به وسیله تالاموس، یک نقطه تغییر برای تأثیرات حسی در دیانسفالون، ابتدا ثبت می شوند.

محققان نگاهی دقیق تر به ارتباطات بین نورون هایی که در طول این فرآیند فعال هستند، انداختند.برای انجام این کار، محققان به صورت تجربی پاسخ مشترک دو دسته از نورون ها را به محرک های بینایی مختلف در مدل حیوانی موش مقدار گیری کردند.

در همان زمان، آن ها از مدل های ریاضی برای پیش بینی قدرت اتصالات سیناپسی استفاده کردند. آن ها برای شرح فعالیت های ثبت شده در آزمایشگاه خود از چنین اتصالات شبکه ای در قشر بینایی اولیه، از به اصطلاح شبکه فوق خطی تثبیت شده (SSN) استفاده کردند.

پروفسور لورا بوسه رهبر گروه تحقیقاتی در LMU Neurobiology می گوید: این یکی از معدود مدل های ریاضی غیرخطی است که امکان منحصر به فردی را برای مقایسه فعالیت های شبیه سازی شده نظری با فعالیت های واقعی مشاهده شده ارائه می دهد.

ما توانستیم نشان دهیم که ترکیب SSN با ضبط های تجربی پاسخ های بصری در تالاموس و قشر موش به ما امکان می دهد تا مجموعه های مختلفی از نقاط قوت اتصال را معین کنیم که منجر به پاسخ های بصری ثبت شده در قشر بینایی می گردد.

توالی بین نقاط قوت اتصال کلید است.محققان دریافتند که نظمی در پشت تغییرپذیری مشاهده شده در قدرت سیناپس وجود دارد.

به عنوان مثال، اتصالات از نورون های تحریک کننده به بازدارنده همواره قوی ترین بودند، در حالی که اتصالات معکوس در قشر بینایی ضعیف تر بودند، که به این علت است، مقادیر مطلق نقاط قوت سیناپسی در مدل سازی متفاوت بود، همانطور که در مطالعات تجربی قبلی وجود داشت.اما با این وجود همواره نظم خاصی را حفظ می کرد.

بنابراین، مقادیر نسبی برای دوره و قدرت فعالیت مقدار گیری شده بسیار مهم هستند، نه مقادیر مطلق.

دکتر سیمون رنر، از نوروبیولوژی LMU، که ضبط های آزمایشی از قشر مغز دارد، می گوید: قابل توجه است که تجزیه و تحلیل مقدار گیری های مستقیم قبلی اتصالات سیناپسی همان ترتیب قدرت سیناپسی را نشان داد که پیش بینی مدل ما تنها بر اساس پاسخ های عصبی مقدار گیری شده است و فعالیت تالاموس اجازه توصیف ارتباط بین نورون های قشر مغز را می دهد.

نتایج ما نشان می دهد که فعالیت های عصبی حاوی اطلاعات زیادی در خصوص ساختار زیربنایی شبکه های عصبی است که بلافاصله از مقدار گیری های مستقیم قدرت سیناپس آشکار نمی گردد.

بنابراین، روش ما منظره امیدوارکننده ای را برای مطالعه ساختار های شبکه ای باز می نماید که دسترسی تجربی به آن ها سخت است.

دکتر ناتالیا کراینیوکووا از موسسه صرع شناسی تجربی و تحقیقات شناختی UKB و موسسه تحقیقات مغز ماکس پلانک در فرانکفورت این مطالب را بیشتر شرح می دهد.

منبع: سایت مدیکال اکسپرس

وبلاگ داریوش علمی پزشکی کلینیک