Πώς ο εγκέφαλος αλλάζει τις διαδρομές επικοινωνίας
Όταν ανακαλούμε κάτι οικείο ή εξερευνούμε μια νέα κατάσταση, ο εγκέφαλος δεν χρησιμοποιεί πάντα τις ίδιες διαδρομές επικοινωνίας. Μια διεθνής μελέτη που διεξήχθη από τον Claudio Mirasso στο Ινστιτούτο Διασυνοριακής Φυσικής και Σύνθετων Συστημάτων (IFISC), που είναι κοινό κέντρο του Ισπανικού Εθνικού Ερευνητικού Συμβουλίου (CSIC) και του Πανεπιστημίου των Βαλεαρίδων Νήσων (UIB), καθώς και από τον Santiago Canals στο Ινστιτούτο Νευροεπιστημών (IN), έχει ανακαλύψει πώς ο εγκέφαλος αλλάζει ευέλικτα τις διαδρομές επικοινωνίας του, ρυθμίζοντας την ισορροπία μεταξύ δύο θεμελιωδών ανασταλτικών κυκλωμάτων.
Τα αποτελέσματα της μελέτης
Αυτά τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο PLoS Computational Biology, δείχνουν ότι αυτή η ευελιξία εξαρτάται από την ισορροπία μεταξύ δύο τύπων ανασταλτικών μηχανισμών, οι οποίοι ρυθμίζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ αργών (theta) και γρήγορων (gamma) ρυθμών. Χάρη σε αυτόν τον μηχανισμό, ο εγκέφαλος μπορεί να επιλέξει διαφορετικές πηγές πληροφορίας, όπως αισθητηριακά ερεθίσματα από το εξωτερικό περιβάλλον ή αποθηκευμένες αισθητηριακές εμπειρίες από τη μνήμη.
Μηχανισμός και λειτουργία του εγκεφάλου
Για να φτάσουν σε αυτά τα συμπεράσματα, οι ερευνητές συνδύασαν υπολογιστικά μοντέλα με πειραματικές καταγραφές στον ιππόκαμπο, μια περιοχή του εγκεφάλου που είναι κρίσιμη για τη μνήμη και την πλοήγηση. Παρατήρησαν ότι σε οικεία περιβάλλοντα, όπου οι αισθητηριακές εμπειρίες είναι ήδη γνωστές, οι νευρώνες προτιμούν μια άμεση λειτουργία επικοινωνίας που διευκολύνει τη μετάδοση από τον εντοπισμένο φλοιό στον ιππόκαμπο. Σε αυτή τη λειτουργία, προτεραιότητα δίνεται στην επαναδραστηριοποίηση της καθιερωμένης μνήμης. Αντίθετα, όταν αντιμετωπίζουν καινούργιες καταστάσεις, ο εγκέφαλος ενεργοποιεί μια άλλη λειτουργία που ενσωματώνει την επαναδραστηριοποίηση της μνήμης με νέα αισθητηριακά ερεθίσματα. Σε αυτή τη λειτουργία, προτεραιότητα δίνεται στην ανανέωση της μνήμης.
Μέχρι τώρα, θεωρείτο ότι η φάση των αργών εγκεφαλικών ρυθμών οργάνωνε την ένταση της γρηγορότερης δραστηριότητας. Ωστόσο, αυτή η μελέτη αποδεικνύει ότι η σχέση είναι αμφίδρομη. Το έργο αυτό παρέχει μια μηχανιστική εξήγηση του πώς ο εγκέφαλος αλλάζει ευέλικτα τα κανάλια επικοινωνίας ανάλογα με το πλαίσιο.
Ο ερευνητής Dimitrios Chalkiadakis, πρώτος συγγραφέας της μελέτης, επισημαίνει: “Ρυθμίζοντας την ισορροπία μεταξύ διαφορετικών τύπων αναστολής, τα κυκλώματα καθορίζουν ποια εισροή να προτιμήσουν, είτε από διαδρομές που σχετίζονται με τη μνήμη είτε από νέες αισθητηριακές πληροφορίες.” Μέσω ενός θεωρητικού πλαισίου που ενσωματώνει ηλεκτροφυσιολογικά δεδομένα από αρουραίους που εξερευνούν νέες και οικείες περιοχές, οι ειδικοί προσδιόρισαν δύο τρόπους λειτουργίας: σε έναν, η ανασταλτική ανατροφοδότηση οδηγεί σε αλληλεπιδράσεις gamma-to-theta, ενώ στον άλλο, η ανατροφοδότηση οδηγεί σε αλληλεπιδράσεις theta-to-gamma. Οι νευρωνικοί κύκλοι στον εγκέφαλο υλοποιούν φυσικά και τους δύο τρόπους ανασταλτικής συνδεσιμότητας.
Η μελέτη δείχνει ότι η μετάβαση μεταξύ τους είναι συνεχής και η προτεραιότητα ενός ή του άλλου εξαρτάται αποκλειστικά από τη δύναμη των συνάψεων μεταξύ των νευρώνων στον κύκλο. Αυτό επιτρέπει τη ευέλικτη προσαρμογή της λειτουργίας στο πλαίσιο και τις γνωστικές απαιτήσεις. Οι ερευνητές προγραμματίζουν να επεκτείνουν το μοντέλο τους για να συμπεριλάβουν μεγαλύτερη ποικιλία νευρωνικών τύπων και αρχιτεκτονικών που είναι συγκεκριμένες για κάθε περιοχή του εγκεφάλου, με στόχο να κατανοήσουν καλύτερα τη λειτουργία του.
