Finansowani ze środków unijnych naukowcy z Niemiec i USA donoszą, że sieci mózgowe unikają korków na najbardziej zatłoczonych węzłach dzięki komunikacji na różnych częstotliwościach - na co wskazują odkrycia opisane w nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Neuroscience.

Prace uzyskały wsparcie z projektu BRAINSYNC (Wielkoskalowe interakcje w sieciach mózgowych i ich analiza w chorobach mózgu), który został dofinansowany na kwotę 2.978.242 EUR z tematu "Zdrowie" Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE.

Zazwyczaj, kiedy naukowcy badają sieci mózgowe - systematycznie współpracujące obszary mózgu - wykorzystują do tego celu obrazowanie rezonansem magnetycznym (MRI), które śledzi przepływ krwi. Ta praktyka zasadza się na założeniu, że wzrost przepływu krwi do danej części mózgu wskazuje na zwiększoną aktywność w komórkach mózgowych tego regionu.

Natomiast w ramach tych badań, zespół złożony z naukowców z Uniwersyteckiego Centrum Medycznego Hamburg-Eppendorf w Niemczech, Wydziału Medycyny Uniwersytetu Waszyngtońskiego w St. Louis w USA i Uniwersytetu w Tybindze w Niemczech, zastosowali technikę o nazwie magnetoencefalografia (MEG) do analizy aktywności mózgu 43 zdrowych ochotników.

Jeden z autorów raportu z badań, Maurizio Corbetta z Wydziału Medycyny Uniwersytetu Waszyngtońskiego, wskazuje na ograniczenia MRI: "Pozwala jedynie na pośrednie śledzenie aktywności komórek mózgowych i nie jest w stanie obserwować aktywności o częstotliwości przekraczającej 0,1 herca, czyli raz na 10 sekund. Wiemy, że cykl niektórych sygnałów w mózgu może wynieść aż 500 herców, czyli 500 razy na sekundę".

Natomiast MEG umożliwia wykrywania bardzo niewielkich zmian w polach magnetycznych mózgu, które są wywoływane przez wiele komórek aktywnych jednocześnie, rozpoznając częstotliwość sygnałów do 100 herców.

Autor naczelny, Joerg Hipp z Uniwersyteckiego Centrum Medycznego Hamburg-Eppendorf i Uniwersytetu w Tybindze, wypowiedział się na temat odkryć: "Odkryliśmy, że taktowanie różnych sieci mózgowych zachodzi na odmiennych częstotliwościach, podobnie do zegarów tykających z różną prędkością".

Sieci obejmujące hipokamp - obszar mózgu o zasadniczym znaczeniu dla powstawania wspomnień, były aktywne zazwyczaj na częstotliwościach około 5 herców. Natomiast aktywność sieci, w skład których wchodzą obszary związane ze zmysłami i ruchem, odnotowano w paśmie od 32 do 45 herców. Częstotliwość aktywności wielu innych sieci mózgowych mieściła się między 8 a 32 herce. Te "zależne od czasu" sieci można opisać jako podobne do różnego rodzaju map korytarzy powietrznych, nakładających się, ale tykających w odmiennym tempie.

Maurizio Corbetta zauważa: "Przeprowadzono wiele badań depresji i schizofrenii za pomocą MRI, które wykazały zmiany 'przestrzenne' w organizacji sieci mózgowych. MEG otwiera perspektywę na znacznie bogatszą strukturę 'czasową'. W przyszłości może to dać szansę na nowe testy diagnostyczne lub sposoby monitorowania skuteczności interwencji w tych wyniszczających chorobach umysłowych".

Głównym celem projektu BRAINSYNC było poznanie sposobu, w jaki zespoły neuronalne wymieniają informacje (komunikacja funkcjonalna lub neuronalna) oraz tego, jak zmienność komunikacji neuronalnej tłumaczy zmienność zachowań, zarówno w mózgu nienaruszonym, jak i uszkodzonym.

"Wiele schorzeń neurologicznych i psychiatrycznych prawdopodobnie wiąże się z problemami sygnałowania w sieciach mózgowych" - stwierdza Maurizio Corbetta. "Badanie struktury czasowej aktywności mózgu z tej perspektywy może być szczególnie pomocne w zrozumieniu chorób psychicznych, takich jak depresja czy schizofrenia, w których niewiele jest markerów strukturalnych".

Referencje dokumentu: Hipp, J. F., et al. 'Large-scale cortical correlation structure of spontaneous oscillatory activity', Nature Neuroscience. doi:10.1038/nn.3101. Źródło: CORDIS.