Rozplątywanie mieszanych sygnałów | Mirage Aktualności

Podczas przetwarzania sensomotorycznego w mózgu neurony są nieustannie bombardowane informacjami z innych neuronów. Kiedy używamy oczu do interakcji z naszym środowiskiem, tysiące neuronów komunikuje się ze sobą, aby zrozumieć wszystkie napływające informacje i na nie reagować: jeśli ktoś rzuci ci piłkę, twoje oczy śledzą piłkę, a łańcuch neuronów komunikacja informuje twoją rękę, gdzie musi się udać, aby ją złapać.

Ale sposób, w jaki te neurony komunikują się między widzeniem a działaniem, jest złożonym i ważnym zagadnieniem. Nowe badania prowadzone przez Laboratorium Cognition and Sensorimotor Integration Lab na University of Pittsburgh Swanson School of Engineering odkryły, w jaki sposób neurony kodują i dekodują te informacje oraz rozróżniają sygnały ruchowe i czuciowe.

„Chcieliśmy dowiedzieć się, w jaki sposób dekoder dokładnie wie, kiedy rozpocząć ruch, jeśli otrzymuje również sygnały, gdy ruch nie jest pożądany” — powiedział Uday K. Jagadisan, główny autor i były doktorant w laboratorium Cognition and Sensorimotor Integration Lab . „Udało nam się nie tylko odkryć wiarygodny wzorzec czasowy w aktywności neuronów, który był powiązany z ruchem, ale także udało nam się odtworzyć go za pomocą mikrostymulacji”.

Naukowcy zbadali, jak przebiega dekodowanie, gdy sygnały prowadzą do ruchu, próbując odróżnić go od sposobu kodowania informacji podczas przetwarzania wizualnego. Innymi słowy, jeśli neurony odbierają zarówno sygnały sensoryczne, jak i motoryczne, jak je rozróżniają? Skąd mózg wie, kiedy wprawić ciało w ruch?

„Te same grupy neuronów mogą przekazywać informacje o odczuciach i ruchu, a mózg wie, który sygnał jest który. Odkryliśmy, że to tak, jakby grupy neuronów kodowały te same informacje w jednym „języku”, aby wysyłać wiadomości o odczuciach, a w innym „języku”, aby wysyłać informacje o ruchu” – wyjaśnił Neeraj Gandhi, profesor bioinżynierii, który kieruje laboratorium Cognition and Sensorimotor Integration Lab. w Pitt. „Odbiorcze grupy neuronów działają tylko w jednym z języków — to jest klucz”.

Badania są pierwszymi, które zarówno wskazują proces kodowania i dekodowania, jak i weryfikują wyniki za pomocą mikrostymulacji. Naukowcom udało się powtórzyć wzorzec aktywności neuronalnej w mózgach naczelnych innych niż człowiek i wywołać zamierzoną reakcję motoryczną.

Odkrycie to ma kluczowe znaczenie dla zastosowań takich jak interfejsy mózg-komputer i neuroprotetyka. Te sztuczne systemy mogą pomóc ludziom, którzy doznali urazów mózgu lub innych zaburzeń, które wpływają na procesy motoryczne lub sensoryczne, ale aby działać niezawodnie, muszą rozszyfrować aktywność mózgu i zrozumieć intencje stojące za wzorcami aktywności.

„W przypadku neuroprotetyki badania te mogą stworzyć sposób na hamowanie i hamowanie reakcji, gdy nie jest to potrzebne, i zwalnianie, gdy jest to rzeczywiście potrzebne, wszystko w oparciu o paplaninę neuronów” – powiedział Jagadisan. „Obecna technologia po prostu dostarcza impuls co kilka milisekund. Jeśli masz możliwość kontrolowania czasu, w którym dostarczany jest każdy impuls, możesz wybrać wzorcową mikrostymulację, aby osiągnąć pożądany efekt.”

Odniesienie:

1. Uday K. Jagadisan, Neeraj J. Gandhi. Struktura czasowa populacji uzupełnia kod szybkości podczas przemian sensomotorycznych. Aktualna biologia, 2022; DOI: 10.1016/j.cub.2022.01.015