Eine neue Studie zeigt, dass die kollektive Dynamik des Gehirns – seine sogenannte Kritikalität – nicht einheitlich ist, sondern hierarchisch organisiert, was die anatomische Struktur des Gehirns widerspiegelt. Forscher aus Brasilien und Australien fanden heraus, dass Signaturen der Kritikalität entlang der bekannten Hierarchie im visuellen Kortex und Hippocampus der Maus systematisch variieren, was eine direkte Verbindung zwischen neuronaler Aktivität und Gehirnarchitektur herstellt.
Unter der Leitung von Gustavo G. Cambrainha und Kollegen wandte das Team phänomenologische Renormierungsgruppenmethoden auf groß angelegte neuronale Spikingsdaten aus dem visuellen Kortex und Hippocampus der Maus an. Sie entdeckten, dass Kritikalitätsexponenten, die messen, wie nah ein System an einem kritischen Punkt ist, entlang des anatomischen Gradienten variieren. Auffälligerweise zeigten Exponenten, die auf statischen Eigenschaften (wie Feuerratenverteilungen) basieren, einen Gradienten in eine Richtung, während der dynamische Exponent (bezogen auf zeitliche Korrelationen) in die entgegengesetzte Richtung wies. Diese maßabhängige Organisation deutet auf eine reichhaltigere Struktur hin als bisher angenommen.
Darüber hinaus wurden bei Mäusen, die eine visuelle Aufgabe ausführten, die Kritikalitätssignaturen stark moduliert, und die Korrelationen zwischen Markern über Gehirnregionen hinweg reichten aus, um die anatomische Hierarchie allein aus der Dynamik zu rekonstruieren. Die Skalierungsexponenten folgten theoretisch vorhergesagten Beziehungen und kovariierten mit der hierarchischen Position. Die Studie, die auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht wurde, umfasste Aufnahmen des visuellen Systems der Maus (Bereiche V1, LM, AL usw.) und des Hippocampus während Ruhe- und Aufgabenbedingungen.
Warum ist das für Ihr Gehirn wichtig? Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Fähigkeit Ihres Gehirns, in der Nähe eines kritischen Punkts zu arbeiten – ein Gleichgewicht zwischen Ordnung und Chaos für optimale Informationsverarbeitung – nicht einheitlich ist. Verschiedene Regionen könnten je nach ihrer Rolle in der Hierarchie unterschiedlich abgestimmt sein. Dies könnte erklären, warum einige kognitive Funktionen robuster oder flexibler sind als andere. Das Verständnis dieser Organisation könnte schließlich helfen, Trainingsprogramme zu entwickeln, die auf spezifische hierarchische Ebenen abzielen, um die kognitive Leistung zu verbessern.
Was Sie tun können: Während Sie die Kritikalitätsexponenten Ihres Gehirns nicht direkt ändern können, können Sie sich an Aktivitäten beteiligen, die eine gesunde Gehirndynamik fördern. Regelmäßige kognitive Herausforderungen, Achtsamkeit und körperliche Bewegung haben gezeigt, dass sie Gehirnaktivitätsmuster modulieren. Geistig aktiv zu bleiben, kann helfen, einen vorteilhaften kritischen Zustand über hierarchische Ebenen hinweg aufrechtzuerhalten.
Quelle: arXiv q-bio.NC
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