Pezzi del tuo cervello vai a dormire mentre sei sveglio

Quando siamo in un sonno profondo, l'attività del nostro cervello diminuisce e fluisce in onde grandi e ovvie, come guardare un'ondata di corpi umani che si alzano e si siedono attorno a uno stadio sportivo. È difficile non vederlo.

Una nuova ricerca con le scimmie trova che quegli stessi cicli esistono nella veglia come nel sonno, ma con solo piccole sezioni sedute e in piedi all'unisono piuttosto che l'intero stadio. È come se piccole parti del cervello si addormentassero indipendentemente e si svegliassero continuamente.

Inoltre, sembra che quando i neuroni hanno pedalato in uno stato più attivo o "on", sono più adatti a rispondere al mondo. I neuroni trascorrono più tempo nello stato on quando prestano attenzione a un compito. Questa scoperta suggerisce che anche i processi che regolano l'attività cerebrale nel sonno potrebbero avere un ruolo nell'attenzione.

"L'attenzione selettiva è simile a rendere piccole parti del tuo cervello un po 'più sveglie", dice Tatiana Engel, una postdottorato alla Stanford University e co-autrice della ricerca, che appare in Scienze. L'ex studente laureato Nicholas Steinmetz era l'altro coproduttore, che ha condotto gli esperimenti di neurofisiologia nel laboratorio di Tirin Moore, un professore di neurobiologia e uno degli autori senior.

Pins e neuroni

Comprendere questi cicli appena scoperti richiede di sapere un po 'come è organizzato il cervello. Se dovessi colpire una spilla direttamente nel cervello, tutte le cellule cerebrali che avresti colpito avrebbero risposto allo stesso tipo di cose. In una colonna potrebbero tutti rispondere a oggetti in una particolare parte del campo visivo, in alto a destra, ad esempio.

Il team ha usato ciò che equivale a set di pin molto sensibili in grado di registrare l'attività da una colonna di neuroni nel cervello. In passato, le persone avevano saputo che i singoli neuroni attraversano fasi di essere più o meno attivi, ma con questa sonda hanno visto per la prima volta che tutti i neuroni di una data colonna hanno ciclato insieme tra sparando molto rapidamente e poi sparando più lentamente tasso, simile ai cicli coordinati nel sonno.


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"Durante uno stato on i neuroni iniziano a sparare rapidamente", dice Kwabena Boahen, professore di bioingegneria e ingegneria elettrica e autore senior del giornale. "Poi, all'improvviso, passano a una bassa frequenza di fuoco. Questo accenno e spegnimento avviene continuamente, come se i neuroni lanciassero una moneta per decidere se sarebbero accesi o spenti. "

Quei cicli, che si verificano nell'ordine dei secondi o in frazioni di secondi, non erano visibili quando erano svegli perché l'onda non si propagava molto oltre quella colonna, a differenza del sonno quando l'onda si estende su quasi tutto il cervello ed è facile da rilevare.

Prestare attenzione

Il team ha scoperto che gli stati di attività superiori e inferiori riguardano la capacità di rispondere al mondo. Il gruppo ha avuto la sua sonda in una regione del cervello nelle scimmie che rileva in modo specifico una parte del mondo visivo. Le scimmie erano state addestrate a prestare attenzione a una stecca che indicava che qualcosa in una particolare parte del campo visivo - in alto a destra, per esempio, o in basso a sinistra - stava per cambiare leggermente. Le scimmie ottennero un trattamento se avessero correttamente identificato che avevano visto quel cambiamento.

Quando il team ha dato uno spunto a dove potrebbe verificarsi un cambiamento, i neuroni all'interno della colonna che percepiscono quella parte del mondo hanno iniziato a passare più tempo nello stato attivo. In sostanza, hanno continuato a capovolgere gli stati all'unisono, ma hanno trascorso più tempo nello stato attivo se prestavano attenzione. Se il cambiamento dello stimolo si verificava quando le cellule si trovavano in uno stato più attivo, la scimmia aveva anche maggiori probabilità di identificare correttamente il cambiamento.

"La scimmia è molto brava a rilevare i cambiamenti di stimolo quando i neuroni in quella colonna sono nello stato attivo ma non nello stato off", dice Engel. Anche quando la scimmia sapeva di prestare attenzione a un'area particolare, se i neuroni pedalavano verso uno stato di attività inferiore la scimmia mancava di frequente il cambiamento dello stimolo.

Engel ha detto che questa scoperta è qualcosa che potrebbe essere familiare a molte persone. A volte pensi di prestare attenzione, ha sottolineato, ma ti mancheranno ancora le cose.

Gli scienziati hanno detto che i risultati si riferiscono anche a lavori precedenti, i quali hanno scoperto che gli animali e gli esseri umani più vigili tendono ad avere pupille più dilatate. Nel lavoro corrente, quando le cellule cerebrali passavano più tempo in uno stato attivo, le pupille della scimmia erano anche più dilatate. I risultati dimostrano un'interazione tra oscillazioni sincrone nel cervello, attenzione a un'attività e segni esterni di vigilanza.

"Sembra che i meccanismi alla base dell'attenzione e dell'eccitazione siano abbastanza interdipendenti", afferma Moore.

Questo risparmia energia?

Una domanda che emerge da questo lavoro è il motivo per cui i neuroni si spostano in uno stato di attività inferiore quando siamo svegli. Perché non rimanere sempre nello stato più attivo nel caso in cui quello sia il momento in cui la tigre dai denti a sciabola attacca?

Una risposta potrebbe riguardare l'energia. "C'è un costo metabolico associato ai neuroni che sparano continuamente", dice Boahen. Il cervello utilizza molta energia e forse dare alle cellule la possibilità di fare l'equivalente energetico di sedersi consente al cervello di risparmiare energia.

Inoltre, quando i neuroni sono molto attivi generano sottoprodotti cellulari che possono danneggiare le cellule. Engel ha sottolineato che gli stati di bassa attività potrebbero consentire il tempo di eliminare questi rifiuti neuronali.

"Questo documento suggerisce luoghi in cui cercare queste risposte", dice Engel.

Informazioni sugli autori

Altri coautori includono colleghi dell'Università di Newcastle. I finanziamenti provenivano da NIH, Stanford NeuroVentures, HHMI, MRC e Wellcome Trust.

Fonte: Università di Stanford

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