Από την ανατολή έως τη δύση του ηλίου, η ροή της επικοινωνίας στις περιοχές του εγκεφάλου βοηθά στη διευκόλυνση κάθε κίνησης που κάνουμε. Η όραση, η ακρόαση, το περπάτημα και το τραγούδι, για παράδειγμα, γίνονται δυνατά από αλληλεπιδράσεις μεταξύ μεγάλων συλλογών νευρώνων που πυροδοτούνται ταυτόχρονα στον εγκέφαλό μας.
Προσπαθώντας να καταλάβουμε τον εγκέφαλο
Συνεργάτες από το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon, το Albert Einstein College of Medicine και το Ίδρυμα Champalimaud συνεργάστηκαν για περισσότερο από μια δεκαετία για να κατανοήσουν καλύτερα τη ροή της επικοινωνίας στον εγκέφαλο χρησιμοποιώντας πειραματικές και στατιστικές μεθόδους τελευταίας τεχνολογίας. Η τελευταία τους νίκη είναι μια ολοκαίνουργια στατιστική μέθοδος, Delayed Latents Across Groups (DLAG), που ξεμπερδεύει τα σήματα που αναμεταδίδονται μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου, ακόμη και όταν η επικοινωνία μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου είναι αμφίδρομη.
“Η μέθοδος που αναπτύξαμε, η DLAG, ταιριάζει στην ευρύτερη κατηγορία της μηχανικής μάθησης ή των στατιστικών μεθόδων που εξετάζουν νευρικά σήματα υψηλών διαστάσεων. Η νέα πτυχή είναι η ταυτότητα των μοτίβων δραστηριότητας που μοιράζονται σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου”, δήλωσε ο Evren Gokcen, μεταπτυχιακός φοιτητής ηλεκτρολόγων και μηχανικών υπολογιστών στο Carnegie Mellon. “Για δεκαετίες, οι μελέτες έχουν επικεντρωθεί στην καταγραφή ενός ή μιας χούφτας νευρώνων από μια περιοχή του εγκεφάλου κάθε φορά. Αλλά με τις προόδους στην τεχνολογία νευρωνικής καταγραφής, το σημείο συμφόρησης έχει μετατοπιστεί στη δυνατότητα ανάλυσης και ερμηνείας εγγραφών μεγάλων πληθυσμών νευρώνων από πολλαπλές περιοχές του εγκεφάλου”.
Γενικά πιστεύεται ότι οι εργασίες στον εγκέφαλο επιτυγχάνονται από νευρώνες που αλλάζουν τη δραστηριότητά τους μαζί. Ένα πρότυπο δραστηριότητας αναφέρεται στους συγκεκριμένους τρόπους με τους οποίους οι νευρώνες συντονίζουν τη δραστηριότητά τους μεταξύ τους. Μια πρόκληση με τον εντοπισμό προτύπων δραστηριότητας που εμπλέκονται στην επικοινωνία μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου έγκειται στο γεγονός ότι αυτή η επικοινωνία συνήθως συμβαίνει αμφίδρομα και ταυτόχρονα.
Οι νευρωνικές εγγραφές με τη σειρά τους εμφανίζουν μια μπερδεμένη άποψη της επικοινωνίας. “Για να σημειώσουμε πρόοδο στην αποσύνδεση της επικοινωνίας, αξιοποιήσαμε μια απλή εικόνα: Δεν μπορείτε να στείλετε σήματα ακαριαία. χρειάζεται λίγος χρόνος για να ταξιδέψουν οι πληροφορίες”, εξήγησε ο Γκιοκτσέν. “Η βιντεοδιάσκεψη είναι ένα εξαιρετικό σημείο αναφοράς όταν σκέφτεστε μια καθυστέρηση στην επικοινωνία. είναι παρόμοιο στον εγκέφαλο. Με το DLAG, εκμεταλλευόμαστε αυτή τη χρονική καθυστέρηση, οπότε αν το σήμα εμφανιστεί πρώτα στην περιοχή Α και μετά στην περιοχή Β, τότε θεωρούμε ότι η περιοχή Α έστειλε το σήμα στην περιοχή Β. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο DLAG, μπορούμε να διαχωρίσουμε τα ταυτόχρονα αναμεταδομένα σήματα”.
Εξετάζοντας τη μεγαλύτερη εικόνα, το DLAG θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε άλλες εφαρμογές νευροεπιστήμης, όπως η κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ διαφορετικών τύπων κυττάρων (για παράδειγμα, μεταξύ ανασταλτικών και διεγερτικών νευρώνων) ή μεταξύ διαφορετικών στρωμάτων του εγκεφάλου. “Η εισαγωγή του DLAG είναι σαν να εισάγετε ένα νυστέρι για να αποκτήσετε δυνητικά βαθύτερες γνώσεις σχετικά με το πώς επικοινωνούν οι περιοχές του εγκεφάλου μεταξύ τους”, λέει ο Byron Yu, καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής και ηλεκτρολογίας και μηχανικής υπολογιστών. “Σε συνδυασμό με αυτό το έγγραφο, κάνουμε τον πηγαίο κώδικα διαθέσιμο σε άλλους στην επιστημονική κοινότητα. Το DLAG μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη πρόσθετων εγκεφαλικών συστημάτων εκτός του οπτικού συστήματος όπου εστιάσαμε, για παράδειγμα για τη μελέτη της μνήμης, της λήψης αποφάσεων και του κινητικού ελέγχου”.