Wanneer we in een diepe slaap zijn, sijpelt de activiteit van onze hersenen weg en vloeit in grote, voor de hand liggende golven, zoals kijken naar een golf van menselijke lichamen die oprijzen en rond een sportstadion gaan zitten. Het is moeilijk te missen.
Nieuw onderzoek bij apen vindt dat diezelfde cycli bestaan bij het ontwaken als bij het slapen, maar met slechts kleine secties die in één koor gaan zitten en staan in plaats van het hele stadion. Het is alsof kleine delen van de hersenen onafhankelijk in slaap vallen en de hele tijd wakker worden.
Wat meer is, het lijkt erop dat wanneer de neuronen naar de meer actieve of "aan" -toestand zijn gefietst, ze beter in staat zijn om op de wereld te reageren. De neuronen brengen ook meer tijd door in de ingeschakelde toestand wanneer ze aandacht schenken aan een taak. Deze bevinding suggereert dat processen die de hersenactiviteit in slaap reguleren, mogelijk ook een rol spelen in de aandacht.
"Selectieve aandacht is vergelijkbaar met het iets wakker maken van kleine delen van je hersenen", zegt Tatiana Engel, een postdoctoraal fellow aan de Stanford University en co-hoofdauteur van het onderzoek, dat verschijnt in Wetenschap. Ex-student Nicholas Steinmetz was de andere co-lead auteur, die de neurofysiologie-experimenten uitvoerde in het laboratorium van Tirin Moore, een professor in neurobiologie en een van de senior auteurs.
Pinnen en neuronen
Om deze nieuw ontdekte cycli te begrijpen, moet je een beetje weten hoe de hersenen zijn georganiseerd. Als je een speld rechtstreeks in de hersenen zou steken, zouden alle hersencellen die je zou raken op dezelfde soort dingen reageren. In één kolom kunnen ze allemaal reageren op objecten in een bepaald deel van het gezichtsveld, bijvoorbeeld rechtsboven.
Het team gebruikte wat sets van zeer gevoelige pinnen is die activiteit van een kolom met neuronen in de hersenen kunnen registreren. In het verleden hadden mensen geweten dat individuele neuronen fases doormaken van min of meer actief zijn, maar met deze sonde zagen ze voor de eerste keer dat alle neuronen in een gegeven kolom samen tussen het vuren heel snel fietsten, dan met een veel langzamer schieten. snelheid, vergelijkbaar met gecoördineerde cycli in de slaap.
"Tijdens een on-state beginnen de neuronen allemaal snel te vuren", zegt Kwabena Boahen, hoogleraar bio-engineering en elektrotechniek en senior auteur van de paper. "Dan schakelen ze ineens gewoon over naar een laag bakvermogen. Dit aan en uit schakelen gebeurt de hele tijd, alsof de neuronen een munt slaan om te beslissen of ze aan of uit gaan. "
Die cycli, die plaatsvinden in de orde van seconden of fracties van seconden, waren niet zo zichtbaar wanneer ze wakker waren omdat de golf zich niet veel verder dan die kolom voortplant, in tegenstelling tot in slaap wanneer de golf zich over bijna de hele hersenen verspreidt en gemakkelijk is detecteren.
Opletten
Het team ontdekte dat de hogere en lagere activiteitstoestanden betrekking hebben op het vermogen om te reageren op de wereld. De groep had zijn sonde in een gebied van de hersenen bij apen die specifiek een deel van de visuele wereld detecteert. De apen waren getraind om aandacht te schenken aan een signaal dat aangeeft dat iets in een bepaald deel van het gezichtsveld - rechtsboven, zeg of linksonder - op het punt stond om licht te veranderen. De apen kregen dan een traktatie als ze correct identificeerden dat ze die verandering hadden gezien.
Toen het team een signaal gaf aan waar een verandering zou kunnen plaatsvinden, begonnen de neuronen in de kolom die dat deel van de wereld waarneemt, meer tijd in actieve toestand door te brengen. In wezen zijn ze allemaal unisono tussen staten blijven kronkelen, maar ze brachten meer tijd door in de actieve toestand als ze opletten. Als de stimulusverandering kwam toen de cellen in een actievere staat waren, had de aap ook meer kans om de verandering correct te identificeren.
"De aap is erg goed in het detecteren van stimulusveranderingen wanneer neuronen in die kolom in de aan-toestand zijn, maar niet in de uit-status", zegt Engel. Zelfs wanneer de aap wist te letten op een bepaald gebied, als de neuronen naar een lagere activiteitsstand fietsten, miste de aap vaak stimulusverandering.
Engel zei dat deze bevinding voor veel mensen bekend kan zijn. Soms denk je dat je oplet, wees ze erop, maar je mist nog steeds dingen.
De wetenschappers zeiden dat de bevindingen ook betrekking hebben op eerder werk, waaruit bleek dat meer waakzame dieren en mensen de neiging hebben om leerlingen te hebben die meer verwijd zijn. In het huidige werk, toen de hersencellen meer tijd in een actieve staat doorbrachten, waren de pupillen ook meer verwijd. De bevindingen demonstreren een interactie tussen synchrone oscillaties in de hersenen, aandacht voor een taak en externe signalen van alertheid.
"Het lijkt erop dat de mechanismen die aan aandacht en opwinding ten grondslag liggen behoorlijk van elkaar afhankelijk zijn," zegt Moore.
Spaart dit energie uit?
Een vraag die uit dit werk komt, is waarom de neuronen naar een lagere activiteit gaan als we wakker zijn. Waarom niet gewoon in de meer actieve toestand blijven als de sabeltandtijger aanvalt?
Eén antwoord kan betrekking hebben op energie. "Er zijn metabole kosten verbonden aan neuronen die de hele tijd vuren", zegt Boahen. De hersenen gebruiken veel energie en misschien geven de cellen een kans om het energetische equivalent van zitten te doen, zodat de hersenen energie kunnen besparen.
Ook, wanneer neuronen erg actief zijn, genereren ze cellulaire bijproducten die de cellen kunnen beschadigen. Engel wees erop dat de landen met een lage activiteit tijd zouden kunnen vrijmaken om dit neurale afval op te ruimen.
"Dit document suggereert plaatsen om naar deze antwoorden te zoeken", zegt Engel.
Over de auteurs
Extra coauteurs zijn collega's van de universiteit van Newcastle. Financiering kwam van de NIH, Stanford NeuroVentures, de HHMI, het MRC en de Wellcome Trust.
Bron: Stanford University
Related Books:
at InnerSelf Market en Amazon
