Miyadagi sinaps tarkibining yangi nazariyasi
Vizual korteksda qayta tashkil etish: oldindan (chapda) va retina (markazda) va keyingi bosqichda (o'ngda) shikastlanishdan keyin. Rasmlarning zararlangan retinadan proportsional bo'lgan mintaqadagi neyronlarning aksariyati asl nusxalarini olishlari mumkin ...Ko'proq
Inson miyasi inson hayoti davomida o'zgarib turadi. Yangi aloqalar doimiy ravishda yaratilib, endi ishlatilmaydigan sinapslar buzilib ketadi. Bugungi kunga qadar ushbu jarayonlarning mexanizmlari haqida kam ma'lumot mavjud. Xyulix neyroinformatika mutaxassisi doktor Markus Butz hozirgi vaqtda vizual korteksdagi yangi neyron tarmoqlarining shakllanishini oddiy gomeostatik qoidaga asoslab bera oldi, bu esa tabiatdagi boshqa o'zini o'zi boshqaradigan jarayonlarning asosi hisoblanadi. Ushbu tushuntirish bilan u va uning hamkasbi Amsterdamlik doktor Arjen van Ooyen ham miyaning plastisitivligi bo'yicha yangi nazariyani va o'quv jarayonlarini tushunish va miya jarohatlari va kasalliklarini davolash uchun yangi yondashuvni taqdim etadilar.
Katta yoshdagi odamlarning miyasida hech qanday simli telefon yo'q. Olimlar turli xil ko'rish usullaridan foydalangan holda so'nggi yillarda bu haqiqatni bir necha bor takrorladilar. Neyroplastik deb ataladigan narsa nafaqat o'quv jarayonida muhim rol o'ynaydi, balki miya jarohatlaridan qutulishga va funktsiyalarning yo'qolishini qoplashga imkon beradi. Tadqiqotchilar faqat yaqinda kattalardagi miyalarda ham mavjud bo'lgan sinapslarning yangi sharoitlarga moslashibgina qolmay, balki yangi aloqalar doimo shakllanib, qayta tashkil etilayotganini aniqladilar. Biroq, bu tabiiy qayta tartibga solish jarayonlarining miyada qanday nazorat qilinishi ma'lum emas edi. Ochiq kirish jurnalida PLOS hisoblash biologiyasi, Butz va van Ooyen endi yangi neyronlar tarmog'i qanday shakllanganligini tushuntirib beradigan oddiy qoidani taqdim etadi.
"Miyaning strukturaviy plastisiyasi uzoq muddatli xotirani shakllantirish uchun asos bo'lishi mumkin", - deydi Markus Butz, so'nggi bir necha oy davomida Yulix superkompyuterlar markazida yaqinda tashkil etilgan Simulyatsiya laboratoriyasi nevrologiyasida ishlagan. “Va bu nafaqat o'rganish haqida. Ekstremitalarning amputatsiyasi, miya shikastlanishi, neyrodejenerativ kasalliklar va qon tomirlaridan so'ng, miyani keladigan stimullarning doimiy o'zgarishlariga moslashtirish uchun juda ko'p sonli yangi sinapslar paydo bo'ladi. ”
Faoliyat sinapsning shakllanishini tartibga soladi
Ushbu natijalar shuni ko'rsatadiki, yangi sinapslarning paydo bo'lishi neyronlarning "oldindan o'rnatilgan" elektr faolligi darajasini saqlab qolish tendentsiyasidan kelib chiqadi. Agar o'rtacha elektr faolligi ma'lum bir chegaradan pastga tushsa, neyronlar faol ravishda yangi aloqa nuqtalarini qurishni boshlaydi. Bu qo'shimcha ma'lumot beradigan yangi sinapslar uchun asosdir - neyronlarning otish tezligi oshadi. Bu ham teskari tarzda ishlaydi: faollik darajasi yuqori chegaradan oshib ketishi bilan, haddan tashqari qo'zg'alishni oldini olish uchun sinaptik ulanishlar soni kamayadi - neyronlarning otish tezligi pasayadi. Gomeostazning o'xshash shakllari tabiatda tez-tez uchraydi, masalan, tana harorati va qondagi qand miqdorini boshqarishda.
Biroq, Markus Butz bu neyronlarning ma'lum bir minimal qo'zg'alishisiz ishlamasligini ta'kidlaydi: «Endi hech qanday stimul olmaydigan neyron yanada ko'proq sinapslarni yo'qotadi va bir muncha vaqt o'tgach o'ladi. Agar biz simulyatsiya natijalari kuzatuvlarga mos kelishini istasak, ushbu cheklovni hisobga olishimiz kerak. " Dan foydalanish ingl. korteks misol tariqasida, neuroscientists neyronlarning yangi ulanishlarni shakllantiradigan va mavjud sinapslardan voz kechadigan tamoyillarini o'rganib chiqdi. Miyaning ushbu mintaqasida, 10% haqida Nerv doimiy yangilanadi. Qorin bo'shlig'ining shilliq qavati shikastlanganda bu foizlar yanada oshadi. Kompyuter simulyatorlaridan foydalangan holda, mualliflar neyronlarning qayta qurilishini sichqonlarning ingl. Korteksidan va zararlangan retinali maymunlarning tajriba natijalariga muvofiq tarzda rekonstruksiya qilishga muvaffaq bo'ldi.
Vizual korteks, ayniqsa, yangi o'sish qoidasini namoyish qilish uchun juda mos keladi, chunki u retinotopiya deb ataladigan xususiyatga ega: bu shuni anglatadiki, retinaga bir-birining yonida proektsiyalangan nuqtalar, shuningdek, ingl. xaritadagi kabi. Agar ko'zning to'r pardasi joylari shikastlangan bo'lsa, ular bilan bog'liq tasvirlar proektsiyalangan hujayralar turli xil kirishlarni oladi. "Bizning simulyatsiyalarimizda siz endi retinadan hech qanday ma'lumot olmaydigan joylar o'zaro qo'shni hujayralardan ko'proq signal olishlariga imkon beradigan o'zaro bog'lanishlarni qurishni boshlaganini ko'rishingiz mumkin", deydi Markus Butz. Ushbu o'zaro bog'lanishlar shikastlangan joyning chetidan markazga qarab asta-sekin, jarohatni davolashga o'xshash jarayonda, dastlabki faollik darajasi ozmi-ko'pi tiklanguniga qadar hosil bo'ladi.
Sinaptik va strukturaviy plastika
"Yangi o'sish qoidasi tizimli plastisitni sinaptik plastika kabi deyarli oddiy printsip bilan ta'minlaydi," deydi mualliflar muallifi Arjen van Ooyen, o'nlab yillar davomida neyron tarmoqlarini rivojlantirish modellari ustida ishlamoqda. 1949 yildayoq psixologiya professori Donald Olding Xebb o'rtasidagi bog'liqlikni aniqladi neyronlar tez-tez faollashtirilgan bo'lib kuchayadi. Kichik ma'lumot almashinadiganlar zaiflashadi. Bugungi kunda ko'pgina olimlar, bu Hebbian printsipi o'rganish va xotira jarayonlarida markaziy rol o'ynaydi, deb hisoblashadi. Qachonki sinaptik plastisit Bir necha millisekunddan bir necha soatgacha bo'lgan qisqa muddatli jarayonlarda, asosan, strukturali plastinka bir necha kundan bir necha oygacha davom etadi.
Shuning uchun strukturali plastisitiya nevrologik kasalliklardan ta'sirlangan bemorlarning (dastlabki) reabilitatsiya bosqichida juda muhim rol o'ynaydi, bu ham haftalar va oylar davom etadi. Loyihani boshqaradigan tafakkur insultni bemorlarga davolash uchun qimmatli g'oyalar sinaps shakllanishining aniq tasavvurlaridan kelib chiqishi mumkin. Agar shifokorlar bemorning miya tuzilishi qanday o'zgarib, davolanish vaqtida qayta tashkil etilishini bilsalar, ular stimulyatsiya va dam olishning bosqichlari uchun ideal vaqtlarni aniqlashlari va bu bilan davolash samaradorligini oshirishlari mumkin.
Ko'pgina ilovalar uchun yangi yondashuv
"Ilgari strukturaviy plastika Hebbian plastisite tamoyiliga amal qiladi deb taxmin qilingan edi. Topilmalar shuni ko'rsatadiki, tizimli plastika gomeostatik printsip asosida boshqariladi, u ilgari e'tiborga olinmagan edi, - deydi Yulixdagi simulyatsiya laboratoriyasi nevrologiyasi rahbari, professor Abigeyl Morrison. Uning jamoasi allaqachon yangi qoidani dunyodagi ko'plab olimlar tomonidan qo'llaniladigan NEST simulyatsion dasturiga kiritmoqda.
Ushbu topilmalar "Inson miyasi" loyihasi uchun ham dolzarbdir. Evropadagi nevrologlar, tibbiyot fanlari olimlari, kompyuter olimlari, fiziklar va matematiklar qo'l ishi bilan ishlashni yaxshiroq tushunish uchun butun miyani keyingi avlodning yuqori samarali kompyuterlarida simulyatsiya qilish ustida ishlamoqdalar. «Odamdagi murakkab sinaptik elektronlar tufayli miya, uning xatolarga chidamliligi va egiluvchanligi statik ulanish qoidalari asosida amalga oshiriladi, deb ishonib bo'lmaydi. Shuning uchun o'zini o'zi tashkil etish jarayoni uchun modellar talab qilinadi », - deydi Yulixning Neuroscience and Medicine institutidan loyihada ishtirok etgan professor Markus Diesmann. U nevrologik ilmiy tadqiqotlar va simulyatsiya texnologiyalari o'rtasidagi interfeysda ishlaydigan subutstitute Computational and Systems Neuroscience (INM-6) ga rahbarlik qiladi.
Keyinroq o'rganing: Qanday ko'rishni qayta o'rganish: Tadqiqotchilar ingl. Rivojlanish uchun juda muhim off-off kalitini topishadi
Qo'shimcha ma'lumotlar: Dendritik o'murtqa va akson butonining shakllanishi uchun oddiy qoida fokal retinal lezyonlardan so'ng kortikal qayta tashkil etishni anglatadi. Markus Butz, Arjen van Ooyen, PLoS Comput Biol (onlayn 10 oktyabr 2013 nashr qilindi); DOI: 10.1371 / jurnal.pcbi.1003259
;
