Az agy működésének egészét befolyásolhatják az örvényszerűen terjedő agyhullámok
Elektromos aktivitás hullámait számos faj, köztük teknősök, egerek, patkányok, macskák, majmok és emberek agyában megfigyelték már. Az tudható, hogy ezek az idegi aktivitás mintázatok összefüggésben állnak az érzékszervi érzékeléssel, a memóriával és a mozgással. Az agyban való eloszlásuk és az azokat létrehozó mechanizmusok azonban még nem teljesen ismertek.
A Washingtoni Egyetem neurobiológusaiból és biofizikusaiból álló kutatócsoport a Science folyóiratban megjelent tanulmánya az összetett kognitív folyamatokért felelős agykéregben vizsgálta az agyhullámok viselkedését.
A kutatócsoport egerek agyát vizsgálta többféle rögzítési és képalkotó módszerrel, hogy feltárja azokat az egész agyban létező mintázatokat, amelyek a kéregtől a mélyagyig terjedő régiókat egyesítik. A kutatás eredményei szerint a forgó hullámok kulcsszerepet játszanak az érzékelést és a viselkedést támogató információáramlás koordinálásában. A hullámok szerveződése azt mutatja, hogy alapvető fontosságú funkcióról van szó.
A kutatócsoport a hagyományos elektródás technológia helyett egy, a kérgi neuronállomány nagy populációinak aktivitását megmutató képalkotó eljárás mellett a talamuszt és a striátumot is magában foglaló mélyebb régiókat elérő úgynevezett Neuropixel szondákat is használta. Az egyik kísérletsorozatban azt vizsgálták, hogy hol és hogyan aktivizálódik az egerek agya, amikor bajuszukat csiklandozzák. Bár az oszcillációk a kéreg várt részén kezdődtek, ám azonnal tükröződtek a kéreg más részein és a mélyagyi struktúrákban is. A forgó hullám valójában egy agyszerte megfigyelhető minta, amely egyszerre uralja el ezeket a struktúrákat. A kutatók szerint azt jelenti, hogy a kéreg és a mélyagyi régiók „nem különálló processzorok”.
A kutatók összehasonlították képalkotási eredményeiket nyilvánosan elérhető adatbázisokkal, hogy kimutassák, a spirális hullámok az egéragy axonjainak körkörös útvonalait követik. A kontrollvizsgálatokból kiderült, hogy az áramkör a „megszakítása megzavarta a hullámok más kéregterületekre való eljutását”. A tanulmány szerzői szerint ez azt mutatja, hogy a spirális anatómiai mintázat formálja az agy dinamikáját. A friss eredmények egyben alátámasztják azt az új elméletet is, amely szerint a nagy léptékben szerveződő agyi aktivitást nem lehet csak az elszigetelt régiók működésére fókuszálva megérteni.
Egy másik kísérletben kutatók egy, a helyes választ jutalmazó videójátékkal vizsgálták az aktivitási mintázatokat. A jutalom esetén jól körülhatárolható forgó hullámok indultak a vizuális kéregből, sikertelen válasznál azonban ezek a mintázatok nem, vagy csak részben alakultak ki. Mindez arra utal, hogy az örvények kritikus részét képezhetik az idegi feldolgozásnak, amely lehetővé teszi a vizuálisan vezérelt döntéseket.
Az utóbbi megállapítás rímel a korábban majmoknál, illetve epilepsziás betegeknél detektált eredményekre. A kutatók szerint így több, mint valószínű, hogy a spirális mintázat hatékony módja lehet egy komplex rendszer konkrét fizikai összeköttetések nélküli összehangolásának és koordinált működtetésének.