2023 Autor: Bailey Leapman | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-05-20 22:44
DURHAM, N. C. – Aju on "ajamasin", väidavad Duke'i neuroteadlased Catalin Buhusi ja Warren Meck. Ja selle kõigi funktsioonide mõistmiseks on oluline mõista, kuidas aju aega jälgib. Nad ütlesid, et aju sisemised kellad koordineerivad paljusid tegevusi alates suhtlemisest, liikumise korraldamise ja toidu hankimiseni.
Ajakirjas Nature Reviews Neuroscience 2005. aasta oktoobris avaldatud ülevaateartiklis arutlevad Buhusi ja Meck ühe aju kõige olulisema ja salapärasema kella mõistmise hetkeseisust – kella, mis reguleerib ajastusintervalle sekunditest minutiteni.. Selline intervallide ajastus hõivab keskmise neuroloogilise aluse kahe teise kella vahel - ööpäevase kella, mis töötab 24-tunnise valguse-pimeduse tsükli jooksul, ja millisekundi kella, mis on selliste funktsioonide jaoks nagu motoorne juhtimine ning kõne genereerimine ja tuvastamine ülioluline. Meck on psühholoogia- ja ajuteaduste osakonna professor ja Buhusi abiprofessor.
Intervallide ajastus on kesksel kohal selliste ülesannete nagu kõndimine, objektidega manipuleerimine, vestluse jätkamine ja keskkonnas olevate objektide jälgimine.
"Intervallide ajastus on vajalik selleks, et mõistaksime sündmuste ajalist järjestust, näiteks vestlust jätkates," ütles Meck. "Kõne mõistmiseks ei pea ma töötlema mitte ainult hääle alguse ajaga seotud millisekundite intervalle, vaid ka vokaalide ja kaashäälikute kestust. Samuti pean reageerimiseks töötlema kõne tempot, oma mõtteid sidus alt korrastama ja vastata teile õigeaegselt. See on kõik intervallide ajastus ja tegelikult on raske leida keerulisi käitumisprotsesse, milles ajastus ei osaleks."
Selliste kellade närvimehhanismide dešifreerimine võib aju mõistmisel olla isegi olulisem kui näiteks ruumilise asukoha ja liikumise närvitöötluse väljaselgitamine, ütlesid nad.
Ütles Buhusi: "Ma väidan, et aeg on fundamentaalsem kui ruum, sest võib lihts alt sulgeda silmad ja taaselustada mälestusi, minnes ajas tagasi või perspektiivis ajas edasi minna, et midagi ennustada, ilma oma tegelikku muutmata. asukoht ruumis."
Intervalli ajastamise masinavärgi mõistmine on väga raske, sest see on "modaalne", ütlesid Buhusi ja Meck. See tähendab, et intervallide ajastuskell ei sõltu mis tahes meeltest - puudutusest, nägemisest, kuulmisest, maitsest või lõhnast. Seega ei saa seda lokaliseerida diskreetsesse ajupiirkonda, nagu ka ööpäevast kella, millel on visuaalsest süsteemist selged sisendid ja väljundid, mis kontrollivad ööpäevase hormoonide tsüklilist vabanemist.
"Niisiis, seda protsessi tuleb levitada, et see saaks integreerida teavet kõikidest meeltest, " ütles Meck. "Kuid veelgi olulisem on see, et kuna see on seotud õppimise ja mäluga, võite väita, et aega ei tajuta otseselt, vaid et me teeme varasemate kestuste mälestustega võrreldes ajalist diskrimineerimist. Sellised omadused on muutnud intervallide ajastuse masinavärgi raskesti mõistetavaks ja mõned seadsid isegi kahtluse alla, kas sellist sisemist kella on üldse olemas."
1980. aastatel pakkusid Meck ja tema kolleegid Browni ja Columbia ülikoolidest välja traditsiooniliseks teooriaks intervallide ajastuse selgitamiseks, mis hõlmas "stimulaatori-aku" mudelit. See mudel väidab, et kusagil ajus varitseb iseseisev bioloogiline südamestimulaator, mis regulaarselt kiirgab neuraalseid ajastusimpulsse ehk "tiksu". Kuid Mecki ja tema Duke'i kolleegide hiljutised uuringud on viinud intervallide ajastuse "striataalse löögi sageduse" mudeli väljatöötamiseni, mis hõlmab närvitegevuse võnkemustrite "kokkusattumuste tuvastamist". Striatum on osa ajustruktuurist, mida tuntakse basaalganglionidena ja mis kontrollivad keha põhifunktsioone, näiteks liikumist.
Selles mudelis, selgitas Buhusi, "iga aju struktuur annab oma resonantsi ning kõiki neid võnkumisi jälgivad ja integreerivad basaalganglionid või striataalahelad. See on nagu dirigent, kes kuulab orkestrit, mis koosneb üksikutest muusikutest. Seejärel sünkroniseerib dirigent oma taktikepiga orkestri, nii et kuulajad kuulevad kooskõlastatud heli."
Seega on kogu aju sisuliselt keeruline intervallide ajastusmasin, milles üksikud struktuurid, mis on hõivatud oma närviülesannetega, genereerivad resonantse, mis integreeruvad närvikella tiksumiseks.
Meck, Buhusi ja nende kellavärgiga kolleegid kasutavad mitmesuguseid eksperimentaalseid tehnikaid, et proovida seda "nuia" ajastussignaali tuvastada ja teooriat täpsustada. Nende hulka kuuluvad uuringud geneetiliselt muundatud hiirte, farmakoloogiliste tööriistade, elektriliste ajusignaalide salvestamise ajurakkude ansamblites ja aju funktsionaalse magnetresonantstomograafia abil.
Näiteks uurivad nad, kuidas kella tiksumine Parkinsoni tõvega patsientidel muutub, kui nad muudavad oma ravimite taset, mis mõjutab dopamiini kogust nende ajus. Dopamiini on seostatud peamise signaalimolekulina ajastusmasina neuronaalses vooluringis.
"Kui Parkinsoni tõvega patsiendid võtavad ravimeid, ajavad nad aega üsna normaalselt," ütles Meck. "Kuid kui nende ravimid lõppevad, näeme nende kella aeglustumist, salvestades nende ajusignaale."
Meck ütles oma uurimistöö kohta: "Me tegeleme kahe väljakutsega. Üks on leida selle sisemise kella aluseks olevad molekulaarsed protsessid. Ja teine väljakutse on luua realistlikumad mudelid selle ajastusprotsessi toimimise kohta. pidev paralleelne sisend kogu ajust." Meck ütles, et sellistes uuringutes seisavad teadlased silmitsi hirmuäratava protsessiga, mille käigus püütakse jälgida närvitegevuse keerulist keerdumist kogu ajus.
"Ainult ühte kohta ajus intervallkella vaatamine on nagu pime, kes tunneb elevandi varvast ja üritab kirjeldada, kuidas see toimib," ütles ta. "Kuigi oleme oma senise edu üle väga põnevil, tahame olla oma võimete suhtes tagasihoidlikud. Oleme pimedad mehed, kes puudutavad ainult ühte selle elevandi osa, mis on aeg.
"Ja meie uus ülevaatedokument on meie teadmiste kohaselt esimene, mis püüab integreerida erinevaid analüüsivaldkondi ja tasemeid, mis aitavad mõista ajastust ja ajataju, et aidata seda põnevat valdkonda edasi arendada."
