...

Kontrola czasu w ośrodkowym układzie nerwowym

Grupie naukowców z politechniki w Massachusetts - MIT (Massachusetts Institute of Technology) - udało się rozwiązać zagadkę i wytłumaczyć, w jaki sposób mózg kontroluje czas. Zaobserwowali oni istotne różnice tempa aktywacji poszczególnych komórek nerwowych.

Wyczucie czasu bądź też po prostu zwykły refleks są ogromnie istotne w niektórych profesjach, na przykład potrzebuje go osoba, która gra na instrumencie. Musi ona bowiem dokładnie wiedzieć kiedy uderzyć w kolejny klawisz czy też szarpnąć następną strunę. Naukowcy od bardzo dawna próbują wyjaśnić, w jaki sposób mózg kontroluje ten czas i wie, w którym momencie powinien wygenerować daną czynność. Jak bowiem wiemy, każde działanie rozpoczyna się właśnie w mózgu. Kolejnym przykładem może być bejsbolista, który, aby wygrać, musi w odpowiednim czasie odbić docierająca do niego piłkę. Jak wiadomo piłkę tę ów zawodnik widzi znacznie wcześniej, musi on jednak być gotowy, żeby w kluczowej sekundzie odbić ja kijem.

Aby zjawisko to wyjaśnić, naukowcy od dawna opracowują różne modele i przyjmują coraz to nowsze hipotezy. Początkowo uważano, że za zdolność ośrodkowego układu nerwowego do robienia wszystkiego w punkt odpowiada wewnętrzny zegar, określany też czasami jako rozrusznik, zlokalizowany w mózgu. Kontroluje on dokładnie aktywności poszczególnych ośrodków nerwowych regulujących różne funkcje. Działa on poprzez pobudzanie oraz hamowanie pojedynczych neuronów w danym czasie. Pomimo tego, że główny autor najnowszych badań, Prof. Mehrdad Jazayeri z Instytutu w Massachusetts uważa ten model za bardzo intuicyjny, to twierdzi także, że idea ta odbiega całkowicie od stanu faktycznego w jakim znajduje się ludzki umysł. Nikt jak dotąd nie znalazł bowiem dowodów na istnienie tego scentralizowanego zegara wewnętrznego. Wielu krytykowało również takie wyjaśnienie, gdyż nie byli w stanie zrozumieć, jak mózg będzie w stanie tracić energię na tworzenie takiego mechanizmu, skoro nie zawsze jest on potrzebny. Do niektórych zadań czas jest bowiem niezbędny, ale przy niektórych aktywnościach zegar mógłby pozostać nieaktywny.

Grupa badawcza Profesora Jazayeri zaczęła się więc zastanawiać, czy istnieje szansa, aby poszczególne części mózgu same sprawowały kontrolę nad swoim działaniem. Wyniki ich badań sugerują, że jest to możliwe, gdyż niektóre neurony posiadają zdolność do modulowania czasu, w którym generują swoje działanie.

W jednej z tych prób klinicznych naukowcy mierzyli aktywność komórek nerwowych z trzech obszarów mózgu zwierząt, które wykonywały zadania w różnych odstępach czasowych – 850 ms lub 1500 ms. W efekcie zauważyli oni, że niektóre z komórek “wystrzeliły” szybciej, podczas gdy inne wolniej, a jeszcze inne oscylowały przez jakiś czas pomiędzy stanem aktywności i spoczynku. Najważniejszym wnioskiem z przeprowadzonego eksperymentu było jednak to, że niezależnie od lokalizacji komórek oraz od ich preferencji tempo w jakim osiągały pełną aktywność uwarunkowane było przedziałem czasowym, w którym należało wykonać zadanie.

W każdym momencie zbiór neuronów znajduje się w szczególnym stanie, określanym jako ich specyficzny “stan neuronowy”, który zmienia się wraz z upływem czasu. Pojedynczy neuron modyfikuje swoją aktywność w inny sposób. Aby wykonać jednak określone zadanie, grupa neuronów musi ostatecznie osiągnąć określony stan końcowy. Naukowcy z MIT zauważyli, że w zależności od interwału komórki nerwowe są w stanie modulować okres czasu potrzebny do generowania ich pełnej aktywności. Odnotowali oni, że poszczególne elementy mózgu są w stanie wydłużać bądź też skracać ten czas w zależności od potrzeby. Charakteryzuje je więc nieliniowa aktywność.

Prof. jazayeri w jednym z wywiadów powiedział: “Nasze badania dostarczyły pięknych wniosków oraz dowodów na to, że czas jest rozproszonym procesem w mózgu, a nie, jak sądzono wcześniej, pojedynczym mechanizmem – zegarem.”

Zdaniem naukowców to głównie neurony zlokalizowane we wzgórzu informują korę mózgową, w jaki sposób komórki nerwowe mają dostosowywać swoją aktywność, aby generować działanie w odpowiednim czasie. Możliwe, że dzięki temu odkryciu uda się w przyszłości opracować technikę optymalizacji refleks człowieka, a tym samym pomoże się ludziom w różnych obszarach ich życia.

Bibliografia

Jing Wang, Devika Narain, Eghbal A. Hosseini and Mehrdad Jazayeri, Flexible timing by temporal scaling of cortical responses, Nature Neuroscience, 2017

Udostępnij:
Facebook
Twitter
LinkedIn

Ostatnie wpisy:

Podziel się opinią!

polecane wpisy:

Hirudoterapia – sposób na migenę?

Nie masz dostępu do tych treści Wygląda na to, że nie masz rangi Czytelnik, aby ją otrzymać zaloguj się klikając na przycisk poniżej. Przejdź do logowania Nie masz jeszcze konta? Dołącz do nas! Logowanie

Dzieci powinny czytać

W młodym wieku zachodzą kluczowe procesy plastyczności neuronalnej, które są istotne dla rozwoju mózgu. Dlatego warto wspierać u dzieci zachowania kształtujące ich rozwój, ponieważ mogą okazać się korzystne w dorosłym życiu. Przykładem takiego zachowania jest czytanie książek, czyli jedna z...

Archiwum: