Beyində sinaps meydana gəlməsinin yeni nəzəriyyəsi
Vizual korteksdə yenidən quruluş: əvvəl (solda) və retinaya (mərkəzə) zərər verildikdən və sonrakı mərhələdə (sağda). Şəkillərin zədələnmiş retinadan proqnozlaşdırılan zonada yerləşən neyronların əksəriyyəti orijinal ...daha
İnsan beyni bir insanın həyatı boyu dəyişməyə davam edir. Artıq istifadə olunmayan sinapslar degenerasiya edərkən yeni əlaqələr davamlı olaraq yaradılır. Bu günə qədər bu proseslərin arxasındakı mexanizmlər haqqında çox az məlumat var. Jülich neuroinformatician Dr. Markus Butz, indi görmə qabığındakı yeni sinir şəbəkələrinin meydana gəlməsini təbiətdəki bir çox digər özünü tənzimləyən proseslərin əsasını təşkil edən sadə bir homeostatik qaydaya aid edə bilmişdir. Bu açıqlama ilə o və həmkarı Amsterdamlı Dr. Arjen van Ooyen də beynin plastisiyasına dair yeni bir nəzəriyyə - öyrənmə proseslərini başa düşmək və beyin zədələri və xəstəliklərini müalicə etmək üçün yeni bir yanaşma təqdim edirlər.
Yetkin insanların beyinləri heç bir çətinliklə bağlanmamışdır. Alimlər son bir neçə il ərzində fərqli görüntüləmə üsullarını istifadə edərək, bu həqiqəti dəfələrlə müəyyən etmişlər. Bu sözdə nöroplastiklik, yalnız öyrənmə proseslərində əsas rol oynayır, həmçinin beynin zədələnmələrdən qurtulmasına və funksiyaların itirilməsinə kompensasiya etməyə imkan verir. Tədqiqatçılar yalnız yaxınlarda yetkin beyində də mövcud sinapsların yeni vəziyyətlərə uyğunlaşmadığını, həm də yeni əlaqələrin daim formalaşdığını və yenidən təşkil etdiyini öyrəndi. Bununla belə, bu təbii yenidənqoyma proseslərinin beyində necə idarə olunduğu bilinmirdi. Açıq giriş jurnalında PLOS Hesablama Biologiyası, Butz və Van Ooyen indi yeni bir nöron nüvəsi şəbəkəsinin necə qurulduğunu izah edən sadə bir qayda təqdim edirlər.
Son bir neçə aydır Jülich Supercomputing Mərkəzində bu yaxınlarda yaradılmış Simulyasiya Laboratoriyası Nörobilimində çalışan Markus Butz, "Beynin struktur plastisiyasının uzun müddətli yaddaş formalaşması üçün əsas olması ehtimalı böyükdür" dedi. “Və bu yalnız öyrənməkdən ibarət deyil. Ekstremitələrin kəsilməsindən, beyin zədələnməsindən, neyrodejenerativ xəstəliklərin başlamasından və vuruşlardan sonra beyni gələn stimulların qalıcı dəyişikliklərinə uyğunlaşdırmaq üçün çox sayda yeni sinaps meydana gəlir. ”
Fəaliyyət sinaps meydana gəlməsini tənzimləyir
Bu nəticələr yeni sinapsların əmələ gəlməsinin, neyronların 'əvvəlcədən təyin edilmiş' elektrik aktivliyi səviyyəsini qorumağa meylli olduqlarını göstərir. Orta elektrik aktivliyi müəyyən bir həddən aşağı düşərsə, neyronlar aktiv olaraq yeni əlaqə nöqtələri yaratmağa başlayır. Bunlar əlavə giriş təmin edən yeni sinapslar üçün əsasdır - neyron atəş nisbəti artır. Bu da əksinə işləyir: aktivlik səviyyəsi yuxarı həddini aşan kimi, hər hansı bir həddindən artıq həyəcanın qarşısını almaq üçün sinaptik əlaqələrin sayı azalır - neyron atəş nisbəti düşür. Gomeostazın oxşar formaları təbiətdə, məsələn, bədən istiliyinin və qan şəkərinin tənzimlənməsində tez-tez baş verir.
Bununla birlikdə, Markus Butz bunun neyronların müəyyən bir minimal həyəcanı olmadan işləmədiyini vurğulayır: “Artıq heç bir stimul qəbul etməyən bir neyron daha da çox sinaps itirir və bir müddət sonra yox olacaq. Simulyasiyalarımızın nəticələrinin müşahidələrlə razılaşdırılmasını istəyiriksə, bu məhdudiyyəti nəzərə almalıyıq. ” İstifadə vizual korteks nümunə olaraq, nöroximlər nöronların yeni əlaqələr meydana gətirdiyi və mövcud sinapslardan imtina edən prinsipləri öyrənmişlər. Beynin bu bölgəsində, 10% ilə əlaqədar synapses davamlı bərpa edilir. Retina zədələndikdə bu faiz daha da artır. Kompüter simulyasiyasından istifadə edərək, müəlliflər neyronların yenidən qurulmasında siçanların görmə korteksindən və zədələnmiş retinalı maymunlardan eksperimental nəticələrə uyğun şəkildə yenidən qurulmağa müvəffəq oldular.
Vizual korteks xüsusilə yeni böyümə qaydasını nümayiş etdirmək üçün əlverişlidir, çünki retinotopiya adlanan bir xüsusiyyəti vardır: Bu, retinanın üzərinə bir-birinin yanına proqnozlaşdırılan nöqtələrin görmə qabığına proqnozlaşdırıldığı zaman bir-birinin yanında yerləşməsi deməkdir. bir xəritədə olduğu kimi. Retinanın sahələri zədələnirsə, əlaqəli şəkillərin proqnozlaşdırıldığı hüceyrələr fərqli girişlər əldə edirlər. Markus Butz deyir: "Simulyasiyalarımızda, artıq retinadan heç bir giriş almayan sahələrin, öz qonşu hüceyrələrindən daha çox siqnal almasına imkan verən kəsişmələr yaratmağa başladığını görə bilərsiniz". Bu çarpazlıqlar zədələnmiş sahənin kənarından mərkəzə doğru yavaş-yavaş, yaranın sağalmasına bənzər bir müddətdə, orijinal fəaliyyət səviyyəsi az və ya çox bərpa olunana qədər formalaşır.
Sinaptik və struktur plastisitə
Onilliklərdir sinir şəbəkələrinin inkişafı üçün modellər üzərində işləyən həmmüəllif Arjen van Ooyen, "Yeni böyümə qaydası, sinaptik plastisiyanın praktiki olaraq sadə bir prinsipi ilə struktur plastisiyanı təmin edir" deyir. Hələ 1949-cu ildə psixologiya professoru Donald Olding Hebb arasında əlaqələrin olduğunu kəşf etdi nöronlar tez-tez aktivləşdirilən daha güclü olacaq. Kiçik informasiya mübadiləsi edənlər zəif olacaqlar. Bu gün bir çox alim, bu Hebbian prinsipi öyrənmə və yaddaş proseslərində mərkəzi rol oynayacağına inanır. Baxmayaraq sinaptik plastisitə bir neçə millisekunddan bir neçə saata qədər olan qısamüddətli proseslərdə əsasən qatılaşdırılmış struktur plastisitə bir neçə gündən bir neçə aya qədər uzun müddət tərəzinə uzanır.
Buna görə də struktur plastisitə nevroloji xəstəliklərdən təsirlənən xəstələrin (erkən) bərpası mərhələsində xüsusilə vacib bir hissədir və bu da həftələr və aylar davam edir. Layihəni idarə edən görmə, inmə xəstələrinin müalicəsi üçün qiymətli fikirlərin sinaps meydana gəlməsinin dəqiq proqnozları ilə nəticələnə bilər. Həkimlər bir xəstənin beyin strukturu necə müalicə edildikdə dəyişəcəklərini və yenidən təşkil edildiyini bilirdilərsə, stimullaşdırma və istirahət mərhələləri üçün ideal vaxtları müəyyənləşdirib, müalicə səmərəliliyini artırırdılar.
Çoxsaylı tətbiqlərə yeni yanaşma
“Daha əvvəl struktur plastisiyanın da Hebbian plastiklik prinsipinə uyduğu güman edilirdi. Tapıntılar, struktur plastisiyanın əvvəllər nəzərə alınmayan homeostatik prinsiplə idarə olunduğunu göstərir ”dedi Jülich-in Simulyasiya Laboratoriyası Nörobiliminin rəhbəri Prof. Abigail Morrison. Komandası artıq yeni qaydanı dünya miqyasında çox sayda alim tərəfindən istifadə olunan sərbəst şəkildə əldə edilə bilən simulyasiya proqramı NEST-ə inteqrasiya edir.
Bu tapıntılar İnsan Beyni Layihəsi ilə də əlaqəlidir. Avropadakı nevrologlar, tibb elmləri mütəxəssisləri, kompüter elmləri mütəxəssisləri, fiziklər və riyaziyyatçılar əl-ələ verərək necə işlədiyini daha yaxşı başa düşmək üçün gələcək nəslin yüksək performanslı kompüterlərində bütün insan beynini simulyasiya edirlər. “İnsandakı mürəkkəb sinaptik dövrəyə görə beyin, onun səhv tolerantlığına və rahatlığına statik qoşulma qaydalarına əsasən nail olmaq inandırıcı deyil. Bu səbəbdən özünütəşkilat prosesi üçün modellər tələb olunur ”dedi. Jülichin Proyektdə iştirak edən Nevrologiya və Tibb İnstitutundan Prof. Markus Diesmann. Nörobilimsel tədqiqatlar və simulyasiya texnologiyası arasındakı interfeysdə işləyən Computational and Systems Neuroscience (INM-6) rəhbəridir.
Daha ətraflı araşdırma: Görməyə necə yenidən öyrənin: Tədqiqatçılar əyani inkişafda mühüm bir off-off keçidini tapırlar
Əlavə məlumat: Dendritik ürək və aksonal buton forması üçün sadə bir qayda fokal retinal lezyonlardan sonra kortikal yenidən quruluşa səbəb ola bilər Markus Butz, Arjen van Ooyen, PLoS Comput Biol (online 10 Oktyabr 2013 nəşr olunmuşdur); DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1003259
;