Vitskapsfolk har lenge vore fascinerte av det komplekse nettverket av samanhengar mellom nevronar i hjernen. Ny forsking har avslørt at medan dei fleste samanhengane mellom nevronar er svake, er det nokre få som utmerkar seg med sterke samanhengar. Denne mønsteret, kjent som «tungehalset» samanheng, har vekt nysgjerrigheit blant forskarar omkring korleis det blir dannet og om det er spesifikt for visse artar eller styrt av eit universelt prinsipp.
For å kaste lys over dette fenomenet, gjekk forskarar frå CUNY Graduate Center Initiative for the Theoretical Sciences (ITS), Yale, University of Chicago og Harvard inn i omfattande datasett av nevrale samanhengar i fruktfluger, mus og to artar meitemark. Ved hjelp av matematiske modellar basert på Hebbiansk plastisitet, ein prinsipp som tyder på at nevronar som fyrer saman blir kobla saman, viste forskarane korleis denne mekanismen kan føre til tungehalsete samanhengar.
Studien avdekte også ei anna viktig eigenskap: klustering. Nevronar har tendens til å danne tett samanhengande grupper, noko som indikerer eit høgare nivå av organisering innanfor det nevrale nettverket. Forskinga hadde som mål å avsløre opphavet til tungehalset samanheng på tvers av ulike artar.
Christopher Lynn, hovudforfattar av studien og no assisterande professor i fysikk ved Yale, forklarte at modellen deira var basert på ideen om at nevronar omorganiserer og koblar seg saman under ein kombinasjon av Hebbianske og tilfeldige prosessar. Medan nokre samanhengar har spesifikke funksjonar, dannar andre seg tilfeldig.
Funna til forskarteamet tyder på at prinsippa for cellulær sjølvorganisering kan forklare danninga av sterke samanhengar og tett sammanknyttede nettverk i hjernen på tvers av ulike arter. Dette tyder på at danningsprosessen av nevrale nettverk ikkje berre avheng av artsspesifikke mekanismer, men blir driven av eit enkelt prinsipp for sjølvorganisering.
Konsekvensane av denne forskinga strekkjer seg utover forståinga av dei komplekse samanhengane i hjernen. Den nyoppdaga kunnskapen kan bli ein grunnstein for å studere hjernestrukturar hos andre dyr og potensielt auke forståinga vår av den menneskelege hjernefunksjonen.
Journalreferanse:
Lynn, C.W., Holmes, C.M. & Palmer, S.E. Heavy-tailed neuronal connectivity arises from Hebbian self-organization. Nat. Phys. (2024). DOI: 10.1038/s41567-023-02332-9