Correlação atividade no cérebro

Correlação atividade no cérebro

ScienceDaily (28 de janeiro de 2010) - interligação das redes de neurônios informações do processo e dar origem a percepção, comunicando uns com os outros através de pequenos impulsos elétricos conhecidos como potenciais de ação. No passado, os cientistas acreditavam que os neurônios adjacentes sincronizado potenciais a sua acção. No entanto, pesquisadores da Baylor College of Medicine e do Instituto Max Planck de Cibernética Biológica, na Alemanha, disse em um relatório atual da revista Science que a sincronização não acontece.

Seus resultados fornecem detalhes sobre como o cérebro e acessa os processos de informação.
"Compreender a atividade neuronal saudável é um dos primeiros passos para desbloquear o cérebros de pessoas com doenças como o autismo," disse o Dr. Andreas S. Tolias, professor adjunto da neurociência no BCM e autor sênior no papel.
Os padrões de potenciais de ação são organizadas para permitir que o nosso cérebro para trabalhar de forma eficiente. Por exemplo, o córtex visual, que é a área do cérebro onde a informação dos olhos é processada, contém cerca de duas dezenas de regiões distintas organizadas de forma hierárquica. As pessoas podem ver e interpretar o mundo circundante porque a informação é processada (através de potenciais de ação) através deste sistema organizado de uma região para outra.
Tolias, que também está na pauta, com a sua E. Michael DeBakey Veterans Affairs Medical Center, disse: "Se você estivesse a espionar a atividade de um neurônio na parte visual do cérebro quando uma pessoa está olhando para uma imagem mais e mais uma vez, o neurônio responde de forma diferente a cada vez. Em outras palavras, uma parte substancial da actividade está relacionada com a própria imagem. É essa atividade que se acreditava ser comum entre muitos neurônios adjacentes, porque eles são densamente interligadas ".
"Aqui é onde os problemas começam a surgir", disse Tolias. "Se a atividade que está relacionada com a imagem é comum a muitas células, que iria construir acima de uma fase de transformação para a próxima, em última análise, que domina a atividade do cérebro e tornar impossível o processamento de informações - um cenário chamado de sincronia do fugitivo."
Para encontrar uma resposta para esse paradoxo, Tolias e seus colegas, incluindo Alexander S. Ecker, primeiro autor do papel que é um estudante de pós-graduação no laboratório de Tolias 'no BCM e do Instituto Max Planck de Cibernética Biológica de Tubingen, Alemanha desenvolveu uma nova tecnologia que permitiu a medição mais precisa do potencial de ação. Eles descobriram que os grupos de neurônios acreditava estar reagindo de forma relacionada realmente tinha um relacionamento fraco. Eles estavam reagindo por conta própria, não dependem umas das outras.
"Nós medimos correlações em vigília, comportando- se os primatas, o que nos permite ter o controle das condições experimentais. Isto nos deu a chance de eliminar a possibilidade de um número de artefatos que afetam nossas medidas", disse Ecker. "Para a gravação, nós usamos cronicamente implantados arrays multi-tetrode - uma técnica que nos ofereceu a oportunidade de acompanhar muitos neurônios na qualidade de gravação extremamente altas."
Segundo a chefe do Departamento de Neurociências, Dr. Michael Friedlander, "Os autores conseguiram este resultado usando uma combinação inteligente de tecnologia de gravação e paradigma experimental que baseia a sua abordagem interdisciplinar para estudar profundamente neurocientífica incluindo experimental, engenharia de computação, matemática e habilidades comportamentais para a investigação. "
O teste envolveu uma variedade de estímulos visuais que vão desde bares e ralar para imagens naturais. Os grupos de neurônios testados foram fisicamente próximos uns dos outros, com sobreposição de áreas altamente receptivo e todos os que recebem a entrada comum forte.
Uma razão Tolias acredita que os neurônios se comportam sem correlação é permitir que as informações sejam enviadas através do cérebro, da maneira mais eficiente possível.
"Esse mecanismo que permite que o Decorrelation poderia ser um pré-requisito fundamental para evitar a acumulação de correlações pequenas e dominando a atividade da rede ao longo da hierarquia visual", disse Ecker.
O "estado decorrelated" pode também ter outros benefícios, Tolias acrescentou. "Processamento de informação no cérebro é muito mais fácil se a atividade de células nervosas é não correlacionadas. Se um nível da hierarquia quer saber o que a área anterior está fazendo, ele pode simplesmente esquecer correlações neste caso. Contrário, ele tem que realizar mais computações complexas para chegar ao mesmo resultado. "
Tolias disse que estes resultados abrem as portas para novas questões importantes sobre os cérebros de pessoas com doenças como o autismo ou a epilepsia. Perguntas como: "As correlações neurônio maior ou menor entre esses grupos de pessoas e são estes padrões no cérebro que está sendo interrompido? "
Outro que participaram no estudo incluem Philipp Berens, Max Planck Institute for Biological Cybernetics (MPI) em Tübingen, na Alemanha, Center for Integrative Neuroscience e do Instituto de Física Teórica da Universidade de Tübingen, na Alemanha e departamento da neurociência no BCM; Georgios A. Keliris, MPI; Matthias Bethge, MPI, Center for Integrative Neuroscience e do Instituto de Física Teórica da Universidade de Tübingen, Alemanha; Nikos K. Loogothetis, MPI e divisão for Imaging Science and Biomedical Engineering, University of Manhester, Reino Unido. Ecker é igualmente afiliado com o Centro de Neurociências e Integrativa do Instituto de Física Teórica da Universidade de Tübingen, na Alemanha. Tolias também é um professor adjunto assistente no Departamento de Matemática Aplicada e Computacional da Universidade Rice.
O financiamento para este estudo veio do National Eye Institute do National Institutes of Health, o Max Planck Society, dos Estados Unidos Departamento de Defesa, um Prémio de Mérito do Departamento de Assuntos de Veteranos, o Arnold e Mabel Beckman Foundation Young Investigator Award para Tolias e pelo Ministério Federal Alemão da Educação e Investigação (BMBF) por meio do Prêmio de Bernstein para Bethge.