Ο ανθρώπινος εγκέφαλος χρησιμοποιεί διαφορετικές συχνότητες για ροή πληροφορίας μεταξύ των περιοχών του

Ερευνητές στο Ινστιτούτο Ernst Strüngmann (ESI) για τη Νευροεπιστήμη, στην Φρανκφούρτη, σε συνεργασία με την Max Planck Society, έδειξαν ότι ο οπτικός φλοιός των ανθρώπων-υποκειμένων της έρευνας χρησιμοποιεί διαφορετικά κανάλια συχνοτήτων που εξαρτώνται από την κατεύθυνση στην οποία μεταδίδονται οι πληροφορίες. Τα ευρήματά τους επετεύχθησαν χάρις σε προηγούμενες έρευνες με πιθήκους μακάκους. Θεωρείται ότι μπορεί να βοηθήσουν να κατανοηθεί η αιτία ψυχιατρικών ασθενειών στις οποίες τα δυο κανάλια φαίνεται να μπερδεύονται.

Οι όροι «κάτω-επάνω» και «επάνω-κάτω» αναφέρονται σε διαδικασίες με τις οποίες ο ανθρώπινος εγκέφαλος επεξεργάζεται πληροφορίες. Όπως εξηγεί ένας από τους συγγραφείς της μελέτης, στο οπτικό σύστημα επικοινωνία «κάτω-επάνω» συμβαίνει όταν πληροφορίες εισέρχονται από τα μάτια και ρέουν από χαμηλότερες σε υψηλότερες οπτικές περιοχές, δηλαδή από κάτω προς τα επάνω.

Όταν ένα πρόσωπο παρατηρεί το περιβάλλον του, ο εγκέφαλος επεξεργάζεται συνεχώς την αισθητηριακά εισερχόμενη πληροφορία χρησιμοποιώντας την αρχή «κάτω-επάνω». Το ερώτημα που τίθεται είναι: πώς γνωρίζει κάποιος ότι ένα κομμάτι της πληροφορίας είναι πιο σημαντικό από ένα άλλο; «Η αρχή «επάνω-κάτω» μας βοηθάει να το κάνουμε», λέει ο Pascal Fries, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης. «Ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί προηγούμενες εμπειρίες για να οργανώσει τις πληροφορίες στο υφιστάμενο πλαίσιο και σε αυτή τη βάση κάνει προβλέψεις. Επομένως η ροή «επάνω-κάτω» επηρεάζει τη ροή «κάτω-επάνω» και παρασύρει την προσοχή μας προς πράγματα που είναι περισσότερο σημαντικά στην υφιστάμενη κατάσταση. Πολλές από τις γνωστικές μας ικανότητες μπορούν να εξηγηθούν μόνο με την εφαρμογή αυτή της αρχής».

Για να λειτουργήσει η αρχή «επάνω-κάτω», ο εγκέφαλος χρειάζεται μηχανισμούς που οδηγούν πληροφορίες από τις υψηλότερες στις χαμηλότερες περιοχές του εγκεφάλου. Οι ανατομικές συνδέσεις στην κατεύθυνση «επάνω-κάτω» είναι γνωστές εδώ και καιρό, αλλά το πώς οι πληροφορίες στέλνονται μέσω αυτών των συνδέσεων παρέμενε ζητούμενο.

Αυτοί που οδήγησαν τους ερευνητές στο σωστό μονοπάτι ήταν οι πίθηκοι μακάκοι: Οι επιστήμονες ερεύνησαν τη ροή «κάτω-επάνω» στον εγκέφαλο αυτών των ζώων και βρήκαν ότι χρησιμοποιούν μια ειδική περιοχή συχνοτήτων της ρυθμικής νευρωνικής δραστηριότητας, γνωστή ως περιοχή συχνοτήτων γάμμα, γύρω στα 60 Hertz. Η πληροφορία ρέει από κάτω προς επάνω, όταν η ρυθμική δραστηριότητα ταλάντωσης των χαμηλών περιοχών του εγκεφάλου παρασύρει το ρυθμό της επόμενης υψηλότερης περιοχής. Ακολούθως, οι νευροεπιστήμονες ανακάλυψαν το κανάλι για τη ροή της πληροφορίας από επάνω προς τα κάτω που ονομάστηκαν ρυθμοί συχνοτήτων άλφα και βήτα, μεταξύ 10 και 20 Hertz. Έτσι, στην ουσία, οι ιεραρχικά διευθετημένες περιοχές του οπτικού φλοιού χρησιμοποιούν ένα ξεχωριστό κανάλι συχνοτήτων για να στείλουν πληροφορία από υψηλότερες σε χαμηλότερες περιοχές.

Στην εργασία τους οι ερευνητές έδειξαν ότι μια παρόμοια αρχή λειτουργεί και στην ανθρώπινο εγκέφαλο. Έτσι ερεύνησαν τους ρυθμούς στον άνθρωπο χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται μαγνητοεγκεφαλογραφία (MEG). Οι μετρήσεις επέτρεψαν να συναχθούν συμπεράσματα σχετικά με την δραστηριότητα ορισμένων περιοχών του εγκεφάλου. Στη σειρά των δεδομένων MEG, σήματα από διάφορες περιοχές του εγκεφάλου ήταν ανακατεμένα και μπόρεσαν να τα ξεχωρίσουν χρησιμοποιώντας προχωρημένες μαθηματικές μεθόδους. Σε αυτό το σημείο υπήρξε καθοριστική η έρευνα στους μακάκους, καθώς από την μελέτη των εγκεφάλων τους αποκτήθηκε σημαντική επιστημονική γνώση η οποία εφαρμόστηκε στον άνθρωπο. Έτσι χάρις στην προηγούμενη εργασία στα ζώα οι ερευνητές ήταν σε θέση να μεταφράσουν σωστά τις μετρήσεις MEG.

Οι ερευνητές έδειξαν, στα πειράματά τους, ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος χρησιμοποιεί επίσης διαφορετικές περιοχές συχνότητας για την σηματοδότηση από κάτω προς τα επάνω και από επάνω προς τα κάτω. Επιπλέον, οι νευροφυσιολόγοι ήταν σε θέση να περιγράψουν την ιεραρχική τοποθέτηση πρόσθετων περιοχών, ορισμένες από τις οποίες είναι παρούσες μόνο στον ανθρώπινο εγκέφαλο, στον οποίο ερευνήθηκαν συνολικά 26 περιοχές.
Σε μερικές νοητικές ασθένειες οι ροές «επάνω-κάτω» και «κάτω-επάνω» φαίνονται να μπερδεύονται. Υπάρχουν ενδείξεις ότι σε άτομα με σχιζοφρένεια, η ροή «επάνω-κάτω» δεν αντιδρά με τη ροή «κάτω-επάνω» με κανονικό τρόπο. Έτσι θεωρείται ότι τα νέα ευρήματα μπορούν να συνεισφέρουν στην καλύτερη κατανόηση των αιτιών ορισμένων ψυχιατρικών ασθενειών ώστε μια μέρα να καταστεί δυνατή η θεραπεία τους.

Πηγή: Max Planck Society

Περισσότερα στην εργασία: Alpha-Beta and Gamma Rhythms Subserve Feedback and Feedforward Influences among Human Visual Cortical Areas, Neuron Volume 89