מודל מחשב חדש של המוח כולו מקשר בין צפיפות קולטני אצטילכולין לדינמיקה עצבית

במקום להניח תכונות קליפתיות אחידות, לכל אחד מ-68 האזורים היה פרופיל צפיפות קולטנים משלו, מה שאיפשר למודל ללכוד כיצד אותות כימיים זהים מייצרים אפקטים רשתיים מובחנים בהתאם לארכיטקטורה המולקולרית המקומית . גישה זו מתבססת על גוף מחקר הולך וגדל המראה שהתפלגויות קולטני נוירוטרנסמיטר אינן אקראיות אלא עוקבות אחר שיפועים מרחביים מאורגנים ברחבי קליפת המוח .

ממצאים עיקריים

סינכרון משופר וזרימת מידע מוגברת

שילוב הטרוגניות ריאלית של קולטנים שיפר באופן משמעותי את הקישוריות התפקודית הבין-אזורית ואת ניתוב המידע בהשוואה למודל בו כל האזורים התנהגו באופן זהה . שונות ביולוגית זו תומכת במצבי מוח גמישים ומתואמים יותר . ממצא זה מתיישב עם עבודות קודמות שהראו שהטרוגניות היררכית של עוצמות סינפטיות מקומיות משפרת את התאמת המודל לנתוני קישוריות תפקודית במנוחה שנמדדו ב-fMRI .

גלים איטיים מקומיים ספונטניים

אולי התוצאה הבולטת ביותר: המודל שיחזר באופן טבעי תופעה מוחית אמיתית - תנודות איטיות דמויות שינה שהופיעו באזורים קליפתיים ספציפיים בעוד שאר קליפת המוח נשארה במצב דמוי-ערות . הדבר מדמה מה שקורה במהלך ירידת קשב, מחסור בשינה, וסביב נגעים מוחיים . ממצא זה עקבי עם מחקר קודם שהראה שרמות נמוכות של אצטילכולין במהלך שינה מניעות פעילות מיקרו-מעגלית לתנודות איטיות ולסינכרון רשתי .

ויסות עצבי ייחודי לאזור

אצטילכולין אינו פועל באופן אחיד ברחבי המוח. השפעותיו תלויות היכן מרוכזים הקולטנים שלו, כלומר אותו אות כימי יכול לייצר דינמיקות רשת שונות באזורים קליפתיים שונים . ריכוזי ACh גבוהים, כמו אלו במהלך ערות או משימות קשב, מבטלים סינכרון של פעילות הרשת, בעוד שרמות ACh נמוכות מאפשרות לדפוסי גל איטי מסונכרנים להופיע .

גשר בין קני מידה

המחקר מספק מסגרת חישובית קונקרטית המחברת בין כימיה מולקולרית מיקרוסקופית (התפלגות קולטנים) לפעילות תפקודית מאקרוסקופית ברמת המוח כולו . החוקרים מציעים שגישה זו עשויה לסייע בהסברת מעברי מצב בהפרעות הכרה, פגיעות מוחיות מוקדיות ומחלות ניווניות .

למה זה חשוב

רוב מודלי המוח הגדולים מפשטים דברים על ידי התייחסות לכל אזור קליפתי כאילו הוא פועל באותה צורה . המודל החדש נוקט בגישה שונה: הוא משלב מפות מפורטות של צפיפויות קולטני אצטילכולין מוסקריניים, ויוצר סימולציה ריאליסטית יותר של האופן שבו המוח עשוי לעבור בין מצבי הכרה ואי-הכרה .

המודל פותח כחלק מפרויקט The Virtual Brain Twin ותשתית המחקר EBRAINS 2.0 . העבודה הובלה על ידי לאונרדו דאלה פורטה במכון המחקר IDIBAPS בברצלונה, בשיתוף חוקרים מ-CEITEC - המכון הטכנולוגי המרכז-אירופאי .