Όταν είμαστε σε βαθύ ύπνο, η δραστηριότητα του εγκεφάλου μας υποχωρεί και ρέει σε μεγάλα, προφανή κύματα, σαν να βλέπουμε μια παλίρροια ανθρώπινων σωμάτων να σηκώνεται και να κάθεται γύρω από ένα αθλητικό στάδιο. Είναι δύσκολο να χάσετε.

Νέα έρευνα με πιθήκους διαπιστώνει ότι οι ίδιοι κύκλοι υπάρχουν και στον ύπνο, αλλά με μικρά τμήματα να κάθονται και να στέκονται ομόφωνα και όχι ολόκληρο το στάδιο. Λες και μικροσκοπικά τμήματα του εγκεφάλου αποκοιμούνται ανεξάρτητα και ξυπνούν συνεχώς.

Επιπλέον, φαίνεται ότι όταν οι νευρώνες έχουν μεταβεί στην πιο ενεργή ή «ενεργοποιημένη» κατάσταση, είναι καλύτερα να ανταποκρίνονται στον κόσμο. Οι νευρώνες περνούν επίσης περισσότερο χρόνο σε κατάσταση κατάστασης όταν δίνουν προσοχή σε μια εργασία. Αυτό το εύρημα υποδηλώνει ότι οι διαδικασίες που ρυθμίζουν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου στον ύπνο μπορεί επίσης να παίξουν ρόλο στην προσοχή.

«Η επιλεκτική προσοχή είναι παρόμοια με το να κάνετε τα μικρά τμήματα του εγκεφάλου σας λίγο πιο ξύπνια», λέει η Τατιάνα Ένγκελ, μεταδιδακτορική συνεργάτιδα στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και συν-επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας, η οποία εμφανίζεται στο Επιστήμη. Ο πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής Nicholas Steinmetz ήταν ο άλλος συν-επικεφαλής συγγραφέας, ο οποίος πραγματοποίησε τα πειράματα νευροφυσιολογίας στο εργαστήριο του Tirin Moore, καθηγητή νευροβιολογίας και έναν από τους ανώτερους συγγραφείς.

Καρφίτσες και νευρώνες

Η κατανόηση αυτών των κύκλων που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα απαιτεί λίγη γνώση για τον τρόπο οργάνωσης του εγκεφάλου. Αν χτυπούσατε μια καρφίτσα απευθείας στον εγκέφαλο, όλα τα εγκεφαλικά κύτταρα που θα χτυπούσατε θα ανταποκρίνονταν στους ίδιους τύπους πραγμάτων. Σε μια στήλη μπορεί να ανταποκρίνονται όλα σε αντικείμενα σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του οπτικού πεδίου - για παράδειγμα στην επάνω δεξιά γωνία.

Η ομάδα χρησιμοποίησε αυτό που ισοδυναμεί με σύνολα πολύ ευαίσθητων καρφιτσών που μπορούν να καταγράψουν τη δραστηριότητα από μια στήλη νευρώνων στον εγκέφαλο. Στο παρελθόν, οι άνθρωποι γνώριζαν ότι οι μεμονωμένοι νευρώνες περνούν φάσεις που είναι περισσότερο ή λιγότερο δραστήριοι, αλλά με αυτόν τον ανιχνευτή είδαν για πρώτη φορά ότι όλοι οι νευρώνες σε μια δεδομένη στήλη έκαναν κύκλο μεταξύ πυροδότησης πολύ γρήγορα και στη συνέχεια πυροδότησης με πολύ πιο αργό ρυθμό. ποσοστό, παρόμοιο με τους συντονισμένους κύκλους στον ύπνο.

"Κατά τη διάρκεια μιας κατάστασης, οι νευρώνες αρχίζουν να πυροδοτούν γρήγορα", λέει ο Kwabena Boahen, καθηγητής βιομηχανικής και ηλεκτρολογίας και ανώτερος συγγραφέας της εργασίας. «Τότε ξαφνικά απλώς μεταβαίνουν σε χαμηλό ρυθμό βολής. Αυτός ο διακόπτης ενεργοποίησης και απενεργοποίησης συμβαίνει συνεχώς, λες και οι νευρώνες αναποδογυρίζουν ένα νόμισμα για να αποφασίσουν αν θα ενεργοποιηθούν ή θα σβήσουν ».

Αυτοί οι κύκλοι, που συμβαίνουν με τη σειρά των δευτερολέπτων ή κλάσματα δευτερολέπτων, δεν ήταν τόσο ορατοί όταν ήταν ξύπνιοι επειδή το κύμα δεν διαδίδεται πολύ πέρα ​​από αυτή τη στήλη, σε αντίθεση με τον ύπνο όταν το κύμα εξαπλώνεται σε ολόκληρο σχεδόν τον εγκέφαλο και είναι εύκολο να ανιχνεύουν.

Δώστε προσοχή

Η ομάδα διαπίστωσε ότι οι υψηλότερες και χαμηλότερες καταστάσεις δραστηριότητας σχετίζονται με την ικανότητα ανταπόκρισης στον κόσμο. Η ομάδα είχε τον ανιχνευτή της σε μια περιοχή του εγκεφάλου σε πιθήκους που ανιχνεύει συγκεκριμένα ένα μέρος του οπτικού κόσμου. Οι πίθηκοι είχαν εκπαιδευτεί να προσέχουν μια ένδειξη που δείχνει ότι κάτι σε ένα συγκεκριμένο μέρος του οπτικού πεδίου - επάνω δεξιά, ας πούμε, ή κάτω αριστερά - επρόκειτο να αλλάξει ελαφρώς. Οι πίθηκοι έλαβαν τότε μια απόλαυση αν διαπίστωσαν σωστά ότι είχαν δει αυτή την αλλαγή.

Όταν η ομάδα έδωσε μια ένδειξη για το πού μπορεί να συμβεί μια αλλαγή, οι νευρώνες μέσα στη στήλη που αισθάνεται ότι μέρος του κόσμου όλοι άρχισαν να περνούν περισσότερο χρόνο σε ενεργή κατάσταση. Ουσιαστικά, όλοι συνέχισαν να περιστρέφονται μεταξύ των κρατών από κοινού, αλλά περνούσαν περισσότερο χρόνο στην ενεργό κατάσταση αν τους έδιναν προσοχή. Εάν η αλλαγή του ερεθίσματος ήρθε όταν τα κύτταρα ήταν σε πιο ενεργή κατάσταση, ο πίθηκος ήταν επίσης πιο πιθανό να προσδιορίσει σωστά την αλλαγή.

"Ο πίθηκος είναι πολύ καλός στην ανίχνευση αλλαγών ερεθίσματος όταν οι νευρώνες σε αυτήν τη στήλη είναι σε κατάσταση ενεργοποίησης αλλά όχι σε κατάσταση εκτός λειτουργίας", λέει ο Ένγκελ. Ακόμα και όταν ο πίθηκος ήξερε να δίνει προσοχή σε μια συγκεκριμένη περιοχή, εάν οι νευρώνες έκαναν ποδήλατο σε χαμηλότερη κατάσταση δραστηριότητας, ο πίθηκος συχνά έχασε την αλλαγή του ερεθίσματος.

Ο Ένγκελ είπε ότι αυτό το εύρημα είναι κάτι που μπορεί να είναι γνωστό σε πολλούς ανθρώπους. Μερικές φορές νομίζετε ότι δίνετε προσοχή, επεσήμανε, αλλά θα εξακολουθήσετε να σας λείπουν πράγματα.

Οι επιστήμονες δήλωσαν ότι τα ευρήματα σχετίζονται επίσης με προηγούμενες εργασίες, οι οποίες διαπίστωσαν ότι τα πιο ξύπνια ζώα και οι άνθρωποι τείνουν να έχουν μαθητές που είναι πιο διασταλμένοι. Στην τρέχουσα εργασία, όταν τα εγκεφαλικά κύτταρα περνούσαν περισσότερο χρόνο σε ενεργή κατάσταση, οι κόρες των πιθήκων ήταν επίσης πιο διασταλμένες. Τα ευρήματα καταδεικνύουν μια αλληλεπίδραση μεταξύ σύγχρονων ταλαντώσεων στον εγκέφαλο, προσοχή σε μια εργασία και εξωτερικών σημείων εγρήγορσης.

"Φαίνεται ότι οι μηχανισμοί που κρύβουν την προσοχή και τη διέγερση είναι αρκετά αλληλένδετοι", λέει ο Moore.

Αυτό εξοικονομεί ενέργεια;

Ένα ερώτημα που προκύπτει από αυτό το έργο είναι γιατί οι νευρώνες περνούν σε μια χαμηλότερη κατάσταση δραστηριότητας όταν είμαστε ξύπνιοι. Γιατί να μην παραμείνετε στην πιο ενεργή κατάσταση όλη την ώρα, σε περίπτωση που επιτεθεί η τίγρη των δοντιών;

Μια απάντηση θα μπορούσε να σχετίζεται με την ενέργεια. "Υπάρχει ένα μεταβολικό κόστος που σχετίζεται με τους νευρώνες που πυροδοτούν συνεχώς", λέει ο Boahen. Ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί πολλή ενέργεια και ίσως να δώσει στα κύτταρα την ευκαιρία να κάνουν το ενεργειακό ισοδύναμο του καθίσματος επιτρέπει στον εγκέφαλο να εξοικονομήσει ενέργεια.

Επίσης, όταν οι νευρώνες είναι πολύ ενεργοί παράγουν κυτταρικά υποπροϊόντα που μπορούν να βλάψουν τα κύτταρα. Ο Ένγκελ επεσήμανε ότι οι καταστάσεις χαμηλής δραστηριότητας θα μπορούσαν να επιτρέψουν χρόνο για να καθαρίσει αυτό το νευρωνικό απόβλητο.

"Αυτό το έγγραφο προτείνει μέρη για να αναζητήσετε αυτές τις απαντήσεις", λέει ο Engel.

Σχετικά με τους Συγγραφείς

Πρόσθετοι συνεργάτες περιλαμβάνουν συναδέλφους από το Πανεπιστήμιο του Newcastle. Η χρηματοδότηση προήλθε από το NIH, το Stanford NeuroVentures, το HHMI, το MRC και το Wellcome Trust.

πηγή: Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ

Σχετικές Βιβλία:

at InnerSelf Market και Amazon