W korze mózgu neurony są ułożone w sześciu charakterystycznych warstwach, które można łatwo zobaczyć pod mikroskopem. Zespół uczonych z MIT i Vanderbilt University odkrył, że sekcje te wykazują również odrębne wzorce aktywności elektrycznej.
Czytaj też: Po raz pierwszy stworzono minimózgi z tkanki płodu. Historia dzieje się na naszych oczach
W najwyższych warstwach aktywność neuronów jest zdominowana przez szybkie oscylacje zwane falami gamma. W głębszych warstwach dominują wolniejsze oscylacje zwane falami alfa i beta. Uniwersalność tych wzorców sugeruje, że oscylacje te prawdopodobnie odgrywają ważną rolę w całym mózgu. Brak równowagi we wzajemnej oddziaływaniu tych oscylacji może mieć związek z zaburzeniami mózgu, takimi jak ADHD. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Neuroscience.
Dr Diego Mendoza-Halliday z MIT wyjaśnia:
Kora jest anatomicznie zorganizowana w sześć warstw, niezależnie od tego, czy patrzymy na myszy, ludzi, czy jakikolwiek gatunek ssaków, a ten wzór jest obecny we wszystkich obszarach kory każdego gatunku. Niestety, wiele badań nad aktywnością mózgu ignorowało te warstwy, ponieważ rejestrując aktywność neuronów, trudno było zrozumieć, gdzie się one znajdują w kontekście tych warstw.
Wzorce fal mózgowych pomogą dotrzeć do źródła zaburzeń psychicznych
Ludzki mózg zawiera miliardy neuronów, z których każdy ma własne wzorce aktywności elektrycznej. Grupy neuronów o podobnych wzorach generują oscylacje aktywności elektrycznej, czyli fale mózgowe, które mogą mieć różne częstotliwości. Naukowcy MIT wykazali wcześniej, że rytmy gamma o wysokiej częstotliwości są powiązane z kodowaniem i odzyskiwaniem informacji sensorycznych, podczas gdy rytmy beta o niskiej częstotliwości działają jako mechanizm kontrolny określający, które informacje są odczytywane z pamięci roboczej.
Czytaj też: Neurony nie są rozmieszczone w mózgu w przypadkowy sposób. Odkryto matematyczny wzór, który za tym stoi
Uczeni odkryli także, że w niektórych częściach kory przedczołowej różne warstwy mózgu wykazują charakterystyczne wzorce oscylacji – szybsze na powierzchni i wolniejsze w głębszych warstwach. Gdy zwierzęta wykonywały zadania związane z pamięcią roboczą, rytmy o niższej częstotliwości generowane w głębszych warstwach regulowały rytmy gamma o wyższej częstotliwości występujące w warstwach powierzchniowych.
Teraz uczeni chcieli sprawdzić, czy warstwowy wzór oscylacji, który zaobserwowano w korze przedczołowej, jest bardziej rozpowszechniony w różnych częściach kory i u różnych gatunków. Przeanalizowali więc 14 różnych obszarów kory czterech gatunków ssaków. Rejestracja z poszczególnych warstw korowych była w przeszłości trudna, ponieważ każda warstwa miała grubość mniejszą niż milimetr, więc trudno było stwierdzić, z którego regionu pochodzi sygnał. Na potrzeby tego badania aktywność elektryczną rejestrowano za pomocą specjalnych elektrod, które rejestrowały dane ze wszystkich warstw jednocześnie, a następnie wprowadzały dane do nowego algorytmu obliczeniowego zwanego FLIP. Algorytm ten może określić, z której warstwy pochodzi każdy sygnał.
U wszystkich gatunków i w każdym badanym regionie naukowcy odkryli ten sam wielowarstwowy wzorzec aktywności.
Dr Diego Mendoza-Halliday dodaje:
Przeprowadziliśmy zbiorczą analizę wszystkich danych, aby sprawdzić, czy możemy znaleźć ten sam wzór we wszystkich obszarach kory mózgowej i voilà, był on wszędzie. To była realna wskazówka, że to, co wcześniej zaobserwowano w kilku obszarach, reprezentuje podstawowy mechanizm w korze mózgowej.
Odkrycia potwierdzają opracowany wcześniej model neuronalny, który zakłada, że przestrzenna organizacja mózgu pomaga mu włączać nowe informacje przenoszone przez oscylacje o wysokiej częstotliwości do istniejących wspomnień i procesów mózgowych, które są podtrzymywane przez oscylacje o niskiej częstotliwości. Brak równowagi pomiędzy oscylacjami wysokich i niskich częstotliwości może prowadzić do deficytów uwagi, takich jak ADHD (zbyt wiele informacji) lub zaburzeń urojeniowych, takich jak schizofrenia (za mało informacji).