Beklenmedik bir başlangıç
Beyni incelemek konusunda şiirsel bir şey var – düşüncelerimizi, duygularımızı ve bizi anlamaya iten merakımızı üreten bu karmaşık organ. Bu makaleyle yolculuğum bir laboratuvarda değil, yukarıdaki yıldızların ve aşağıdaki şehir ışıklarının Ontario Gölü'nün nazik dalgalarına yansıyan kozmik bir goblen yarattığı Toronto'nun sahilinde net bir akşam yürüyüşünde başladı.
Remples'ın Ontario Gölü'ne giden teknelerden nasıl yayıldığını izlerken, bir düşüncem vardı: belki de beynin stimülasyona yanıtı, basit duyusal işlemeden karmaşık bilişsel işlevlere kadar doğal örgütsel hiyerarşisini takip ediyor.
Zaten Milano'daki Claudio Munari Epilepsi Cerrahi Merkezi'nde araştırmacılar tarafından paylaşılan bir veri kümesiyle çalışıyordum-nörobilimde nadir bir hazine: epilepsi hastalarında yüksek yoğunluklu EEG ve doğrudan intraserebral elektrik stimülasyonu. Bu veri kümesini olağanüstü yapan şey sadece verilerin kendisi değildi, aynı zamanda Andrea Pigorini liderliğindeki Milan ekibi tarafından yapılan titiz çalışma. Bu kayıtları toplama ve açık bir şekilde paylaşma çabaları, epilepsi hastalarıyla yıllarca dikkatli klinik çalışmayı temsil etti. Bu veri paylaşımı, bilimsel işbirliğinin en iyisini somutlaştırmıştır – nadir, değerli kayıtları daha geniş bilimsel topluluğa keşfi hızlandırmak için kullanılabilir hale getirir.
Bırakmayacak soru
İnsan beyni, görme ve dokunma gibi temel bilgileri işleyen birincil duyusal alanlardan, bilgiyi entegre eden ve karmaşık bilişleri destekleyen daha üst düzey ağlara kadar büyüleyici bir mimariye sahiptir. Bu hiyerarşi FMRI gibi teknikler kullanılarak haritalanmıştı, ancak kimse beyin stimülasyon tepkilerinin aynı organizasyonel ilkeyi takip edip edemeyeceğini sistematik olarak araştırmamıştı.
İki ağ hikayesi
Bu verileri analiz ederken, beynin farklı bölümlerinin elektriksel stimülasyona nasıl tepki verdiği konusunda büyüleyici bir şey keşfettik. Beyni farklı mahallelere sahip bir şehir olarak hayal edin – bazıları şehir merkezleri karmaşık faaliyetleri ele alırken, diğerleri belirli görevlere odaklanan uzmanlık endüstriyel alanlardır.
Bulduğumuz şey, beynin “şehir merkezleri” – karmaşık düşünme, kendini yansıtma ve planlamadan sorumlu ağların (varsayılan mod ağı ve frontoparietal ağı gibi) – “endüstriyel bölgelerden” – vizyon ve dokunuş gibi temel duyusal bilgileri işleyen ağların (görsel ve somatomotor ağlar) çok daha güçlü yanıtlar göstermesiydi.
Bu sadece küçük bir fark değildi. Açık bir desen gözlemledik – beynin bilinen hiyerarşik organizasyonuyla mükemmel bir şekilde eşleşen bir yanıt verme gradyanı. Bir ağ beynin işleme hiyerarşisinde ne kadar yüksek oturursa, stimülasyona o kadar dramatik bir şekilde yanıt verir.
Açıklama Ötesinde: Mekanizmalar Arama
Bu modeli bulmak heyecan vericiydi, ama neden var olduğunu anlamak gerçek zorluktu. Hesaplamalı modelleme hikayemize girdi.
Bir şehirdeki bazı mahallelerin neden aktivite merkezlerini vızıldadığını, diğerlerinin daha ölçülü bir hızda çalıştığını anlamaya çalıştığınızı hayal edin. Şehrin ulaşım sisteminin bir haritasına, insanların nasıl hareket ettiği hakkında bilgiye ve belirli yollar kapatılırsa neler olduğunu test etmenin bir yoluna ihtiyacınız olacak.
Beyin ile tam olarak yaptığımız şey bu. Hesaplamalı modellerimiz, sadece sokakların fiziksel düzenini (anatomik bağlantılar) değil, aynı zamanda bunlardan akan trafik modellerini (nöral aktivite) içeren ayrıntılı şehir simülasyonları gibiydi.
“Sanal diseksiyonlarımızı” trafik modellerinin nasıl değiştiğini görmek için bu simüle edilmiş şehirdeki belirli otoyolları geçici olarak kapatmak olarak düşünün. Beynin geri kalanından yüksek dereceli ağlara giren bağlantıları engellediğimizde, aktiviteleri önemli ölçüde azaldı-hareketli şehir merkezleri, onlara giden tüm otoyollar kapalı olduğunda hayalet kasabalar haline geliyor. Buna karşılık, aynı şeyi duyusal ağlarla yaptığımızda, nispeten normal çalışmaya devam ettiler-daha büyük metropol bölgesinden ayrıldığında bile çalışabilen bağımsız banliyöler gibi.
Biraz, yerel bir çiftlikten masaya karşı uluslararası tedarik zincirlerine bağlı olan küresel bir şirket arasındaki fark gibi. Küresel Nakliye'yi boz ve çokuluslu şirket işlev görmeye çalışıyor; Yakındaki her şeyi tedarik eden yerel restoran, minimum bozulma ile devam ediyor.
Bu deneyler temel bir şey ortaya koydu: Yüksek dereceli beyin ağlarının yanıt verebilirliği sadece iç özelliklerinden değil, beynin birbirine bağlı ağındaki konumlarından da geliyor. Onlar doğası gereği “küresel” dirler – uzak bölgelerle sürekli diyalogdan ortaya çıkan kimlikleri ve işlevleri.
Bir Yolculuk Sonu ve Başlangıç
Makalemiz, kıtaları kapsayan yıllarca süren işbirlikçi çalışmaları temsil ediyor, ancak birçok yönden sadece başlangıç. Beyin organizasyonunun temel bir ilkesini belirledik – uyarılabilirlik ve nüks, kortikal ağlardaki hiyerarşik gradyanları takip ediyor – ancak bu ilkelerin biliş, gelişme ve hastalık ile nasıl ilişkili olduğu hakkında birçok soru olmaya devam ediyor.
Bu yolculuk üzerinde düşündüğümde, araştırmaya katkıda bulunan hastalar ve beynin muhteşem karmaşıklığının küçük bir parçasını çözmek için bir araya gelen kurumlar ve ülkelerdeki araştırmacıların işbirlikçi ruhu için mümkün kılan açık bilim uygulamaları için minnettarım.
Bilimin güzelliği, her cevabın yeni sorular ortaya koymasıdır. Beyindeki uyarılabilirlik gradyanlarını keşfetmemiz bir uç nokta değil, beynin mimarisinin işlevini nasıl şekillendirdiğini ve belki de sonunda beyin bozukluklarından muzdarip olanlar için daha iyi tedaviler için daha derin bir anlayıştır.
Bir yanıt yazın