O echipă internaţională de cercetători a descoperit semnale misterioase în creierul uman care călătoresc prin stratul exterior al ţesutului neuronal şi se organizează singure în semnale cerebrale sub formă de spirale care se rotesc asemenea vortexurilor. Descoperirea deschide noi căi de înţelegere a modului în care funcţionează creierul uman şi oferă informaţii valoroase despre funcţiile fundamentale ale acestuia.
Cercetarea condusă de oameni de ştiinţă de la universităţile din Sydney, Australia, şi Fudan din China, şi publicată pe 15 iunie, în Nature Human Behaviour, indică faptul că aceste spirale omniprezente, care reprezintă semnale cerebrale observate pe cortex atât în timpul stării de repaus, cât şi în timpul stării cognitive, ajută la organizarea activităţii cerebrale şi a procesării cognitive.
Descoperirea ar putea ajuta cercetătorii din domeniul medical să înţeleagă efectele bolilor cerebrale, cum ar fi demenţa.
„Studiul nostru sugerează că obţinerea de informaţii despre modul în care spiralele sunt legate de procesarea cognitivă ar putea îmbunătăţi în mod semnificativ înţelegerea noastră privind dinamica şi funcţiile creierului", a declarat profesorul Pulin Gong, care este membru al grupului de cercetare a sistemelor complexe din domeniul fizicii, şi profesor asociat la facultatea de fizică din cadrul universităţii de Ştiinţe din China.
Potrivit cercetătorului, aceste modele spirale prezintă o dinamică complexă şi complicată, deplasându-se pe suprafaţa creierului în timp ce se rotesc în jurul unor puncte centrale cunoscute sub numele de singularităţi de fază.
„La fel cum acţionează vortexurile în turbulenţe, spiralele se angajează în interacţiuni complicate, jucând un rol crucial în organizarea activităţilor complexe ale creierului", scriu cercetătorii.
Profesorul Gong spune că descoperirea ar putea avea potenţialul de a avansa dezvoltarea unor maşini de calcul puternice, inspirate de mecanismele complicate ale creierului uman.
Echipa arată că interacţiunile complicate dintre mai multe spirale coexistente ar putea permite efectuarea calculelor neuronale într-o manieră distribuită şi paralelă, ceea ce ar duce la o eficienţă computaţională remarcabilă.
Modul în care sunt amplasate aceste spirale pe cortex ar putea să permită conectarea activităţii din diferite secţiuni (reţele), ale creierului - acţionând ca o punte de comunicare, crede studentul doctorand Yiben Xu, autorul principal al cercetării de la facultatea de fizică.
Multe dintre spirale sunt suficient de mari pentru a acoperi mai multe reţele, spun cercetătorii.
Cortexul cerebral este stratul cel mai exterior al creierului responsabil pentru multe funcţii cognitive complexe, inclusiv percepţia, memoria, atenţia, limbajul şi conştiinţa.
„O caracteristică cheie a acestor spirale cerebrale este că ele apar adesea la graniţele care separă diferite reţele funcţionale din creier", a declarat Xu.
Prin mişcarea lor de rotaţie, ele coordonează în mod eficient fluxul de activitate între aceste reţele, a menţionat el.
În această cercetare echipa a observat că interacţiunea acestor spirale cerebrale permit reconfigurarea flexibilă a activităţii cerebrale în timpul diferitelor sarcini care implică procesarea limbajului natural şi memoria de lucru, realizându-se prin schimbarea direcţiilor lor de rotaţie.
Oamenii de ştiinţă au ajuns la aceste concluzii după scanarea creierului prin rezonanţă magnetică funcţională (fMRI) a 100 de adulţi tineri, pe care le-au analizat adaptând metodele folosite pentru a înţelege modelele de unde complexe în turbulenţe.
În mod tradiţional, neuroştiinţa s-a axat pe interacţiunile dintre neuroni pentru a înţelege funcţionarea creierului.
Un domeniu în dezvoltare al ştiinţei analizează procesele mai ample din interiorul creierului pentru a înţelege misterele acestuia.
„Prin descifrarea misterelor activităţii cerebrale şi descoperirea mecanismelor care guvernează coordonarea acestora, ne apropiem de înţelegerea întregului potenţial al creierului şi a funcţiilor sale", a declarat profesorul Gong.
(Foto: mai multe spirale care interacţionează între ele organizează fluxul de activitate cerebrală. Credit: Gong et al).
