人間の脳のユニークな並行経路

まとめ： 研究者らは、人間の脳におけるコミュニケーションネットワークのユニークな特徴、すなわち複数の並行経路に沿った情報の伝達を発見した。これはマカクやマウスでは観察されていない特徴である。

この発見は、拡散データと fMRI データ、および情報理論とグラフ理論を使用した研究から明らかになりました。 研究チームは「脳の動き」をマッピングして、さまざまな哺乳類の脳内の信号伝達を比較した。

彼らの研究は、人間のこれらの並行経路が私たちの高度な認知能力に貢献している可能性があり、脳の進化と潜在的な医療応用の理解に影響を与える可能性があることを示唆しています。

重要な事実:

1. EPFLの研究では、マカクやマウスとは異なり、人間の脳は複数の平行した経路を通じて独自に情報を伝達していることが判明した。
2. この発見は、拡散 MRI、機能的 MRI、情報理論、グラフ理論の新しい組み合わせを使用して行われました。
3. この研究は、これらの並行経路が高次の認知機能に寄与し、脳の可塑性と神経リハビリテーションに関する新たな洞察を提供する可能性があることを示唆しています。

ソース： EPFL

EPFLの研究者らは、人間の脳のコミュニケーションネットワークをマカクやマウスのコミュニケーションネットワークと比較した研究で、人間の脳だけが複数の並行経路に沿って情報を伝達していることを発見し、哺乳類の進化に関する新たな洞察につながった。

EPFL の博士研究員であるアレッサンドラ グリファは、脳のコミュニケーション ネットワークを説明する際に旅行の比喩を使うことを好みます。 脳信号はソースからターゲットに送信され、「途中に多くの停留所がある道路のように」複数の脳領域を交差するマルチシナプス経路を形成します。

彼女は、脳の構造的な伝達経路が神経線維のネットワーク（「ルート」）に基づいてすでに観察されていると説明しています。 しかし、グリファ氏は、EPFL 工学部の医用画像処理研究所 (MIP:Lab) の科学者であり、CHUV のリナーズ記憶センターの研究コーディネーターとして、情報伝達のパターンを追跡して、メッセージがどのように送受信されるかを学びたいと考えていました。 最近出版された研究では、 自然コミュニケーション、 彼女は、MIP:Lab 所長のディミトリ・ファン・デ・ヴィール氏および SNSF アンビツィオーネフェローのエンリコ・アミコ氏と協力して、人間と他の哺乳類とを比較できる「脳の動きのマップ」を作成しました。

これを達成するために、研究者らは、被験者が起きているときと安静時に収集された、ヒト、マカクザル、マウスからのオープンソース拡散（DWI）データと機能的磁気共鳴画像法（fMRI）データを使用しました。

DWIスキャンにより科学者は脳の「ロードマップ」を再構築することができ、fMRIスキャンにより各「ロード」に沿って脳の異なる領域が光っているのを見ることができ、これらの経路が神経情報を伝達していることが示唆された。

彼らは情報理論とグラフ理論を使用してマルチモーダル MRI データを分析し、この新しい方法の組み合わせが新しい洞察につながったとグレバ氏は述べています。

「私たちの研究で新しいことは、数学の 2 つの分野、つまりマルチシナプスの「ロードマップ」を記述するグラフ理論と、情報 (または「トラフィック」) の転送を定義する情報理論を組み合わせた単一モデルでマルチモーダル データを使用していることです。 ）道路を渡って。」

「基本原則は、ソースからターゲットに渡されるメッセージは、変更されないか、途中の各停留所でさらに劣化するというものです。これは、私たちが子供の頃に遊んだ電話ゲームと同じです。」

研究者らのアプローチにより、人間以外の脳では情報が単一の「ルート」に沿って送信されるのに対し、人間では同じソースとターゲットの間に複数の並行したパスが存在することが明らかになった。 さらに、これらの平行な軌跡は指紋と同じくらいユニークであり、個人を識別するために使用できます。

「このような並列処理は人間の脳内で仮説が立てられてきましたが、脳全体のレベルで観察されたことはこれまでにありませんでした」とグレバ氏は要約する。

進化と医学に関する洞察の可能性

研究者のモデルの美しさはそのシンプルさにあり、進化と計算神経科学における新たな視点と研究の道を刺激する、とグリファ氏は言う。 たとえば、この発見は、時間の経過とともに人間の脳のサイズが拡大し、より複雑な接続パターンが生じることに関連している可能性があります。

「これらの並行した情報の流れにより、現実の複数の表現が可能になり、人間に特有の抽象的な機能を実行できるようになると考えられます。」

彼女は、この仮説は単なる推測ですが、次のように付け加えます。 ネイチャーコミュニケーションズ この研究には人々の算数や認知能力のテストは含まれておらず、これらの問題は彼女が将来調査したいと考えている。

「私たちは情報がどのように伝達されるかを調べました。そのため、次の興味深いステップは、より複雑なプロセスをモデル化して、情報が脳内でどのように結合および処理され、新しいものを生み出すかを研究することです。」

記憶と認知の研究者として、彼女はこの研究で開発されたモデルを使用して、並行情報伝達が脳ネットワークに可塑性を与え、おそらく脳損傷後の神経リハビリテーションや認知機能低下の予防に役割を果たすことができるかどうかを確認することに特に興味を持っています。 加齢に伴う病気に。

「健康に年齢を重ねる人もいれば、認知機能の低下を経験する人もいます。そのため、この違いと並行する情報の流れの存在との間に関係があるのか​​どうか、また神経変性プロセスを補うように訓練できるかどうかを知りたいと考えています。」

この神経科学研究ニュースについて

著者： セリア・ローターバッハー
ソース： EPFL
コミュニケーション： セリア・ローターバッハー – EPFL
写真： 画像提供：Neuroscience News

元の検索: オープンアクセス。
」雄のマカクザルやマウスと比較して、ヒトの脳ネットワークにおける並行情報伝達が増加しているという証拠「ディミトリ・ファン・デ・ヴィールら著。 ネイチャーコミュニケーションズ

まとめ

雄のマカクザルやマウスと比較して、ヒトの脳ネットワークにおける並行情報伝達が増加しているという証拠

白質結合を介した情報伝達として定義される脳コミュニケーションは、哺乳類に共通する感覚知覚から人間の複雑な認知機能まで、行動のほぼすべての側面を網羅する脳の計算能力の基礎です。

ますます複雑化する機能を達成するために、大規模な脳ネットワークにおけるコミュニケーション戦略は進化の過程でどのように適応されてきたのでしょうか?

グラフアプローチと情報理論を適用して、雄のマウス、マカクザル、およびヒトの脳内の情報関連経路を評価することにより、ヒト以外の哺乳類における選択的情報伝達間の脳の接続ギャップを実証します。脳領域は個々の複数の脳領域を介して情報を共有します。 -シナプス経路。 人間における並行情報伝達。複数の並行経路を通じて領域が情報を共有します。 ヒトでは、並行輸送が片側システムとトランスモーダルシステムの間の主要なリンクとして機能します。

情報関連経路のレイアウトは、さまざまな哺乳類種にわたって個体に固有であり、個体レベルでの情報ルーティング構造の特異性を示唆しています。

私たちの研究は、さまざまな接続パターンが哺乳類の脳ネットワークの進化に関連しているという証拠を提供します。