Onderzoekers ontwikkelden en combineerden nieuwe experimentele en computationele methoden om te bepalen welke hersengebieden op celniveau actief zijn gedurende de dag. Ze publiceerden hun resultaten in PLOS Biology en werkten met muismodellen om bewegingen van activiteit in tijd en ruimte te volgen.
Het project was internationaal: de University of Michigan leverde de wiskundige en computationele workflows, terwijl teams in Japan en Zwitserland experimentele hulpmiddelen bouwden. De Japanse groep, geleid door Hiroki Ueda bij RIKEN, gebruikte light sheet-microscopie om 3D-afbeeldingen van muizenhersenen te maken. Met een genetische markeermethode gingen actieve neuronen onder de microscoop gloeien, zodat onderzoekers konden vaststellen wanneer en waar cellen actief waren.
De belangrijkste ontdekking was een consistente reorganisatie van activiteit tijdens de dagcyclus. Wanneer muizen wakker werden, begon activiteit vaak in de binnenste, subcorticale lagen; in de loop van dag of nacht bewogen knooppunten van activiteit geleidelijk naar de cortex aan het hersenoppervlak. De auteurs omschrijven dit als een verschuiving in welke netwerken op verschillende tijdstippen de leiding hebben.
De studie is deels gemotiveerd door het willen begrijpen van vermoeidheid. Daniel Forger zei dat het team hoopt signaturen te ontwikkelen die aangeven wanneer mensen bijzonder vermoeid zijn, wat kan helpen bij de beoordeling van paraatheid voor hoogrisicobanen zoals vliegen of chirurgie. Coauteur Guanhua Sun benadrukte dat de wiskunde eenvoudig is en dat de methode kan worden aangepast aan grovere menselijke gegevens uit EEG, PET of MRI en aan andere diermodellen voor ziekten zoals Alzheimer en Parkinson. Kompotis werkt met industriële partners om te testen hoe therapieën hersenactiviteit beïnvloeden.
Het team droeg de studie op aan Steven Brown, een senior coauteur die omkwam bij een vliegtuigongeluk. Het werk kreeg financiering van de US National Science Foundation, de US Army Research Office en het Human Frontier Science Program.
Moeilijke woorden
- experimenteel — op proef of in laboratorium uitgevoerdexperimentele
- computationeel — met behulp van computers berekend of geanalyseerdcomputationele
- neuron — zenuwcel die signalen in de hersenen doorgeeftneuronen
- subcorticaal — gebied onder de hersenschors in de hersenensubcorticale
- cortex — buitenste laag van de grote hersenen
- reorganisatie — verandering in de structuur of verdeling van activiteit
- signatuur — onderscheidend patroon dat iets aangeeftsignaturen
- paraatheid — bereidheid en vermogen om een taak uit te voeren
- workflow — geordende reeks stappen voor data-analyseworkflows
Tip: beweeg de muisaanwijzer over gemarkeerde woorden in het artikel, of tik erop om snelle definities te zien terwijl je leest of luistert.
Discussievragen
- Hoe kan het aanpassen van deze methode aan EEG, PET of MRI nuttig zijn bij het beoordelen van paraatheid voor risicovolle beroepen?
- Welke voordelen en beperkingen ziet u bij het gebruik van muismodellen voor onderzoek naar ziekten zoals Alzheimer en Parkinson?
- Op welke manier kunnen industriële tests van therapieën, zoals genoemd in de tekst, de ontwikkeling van behandelingen beïnvloeden?
Gerelateerde artikelen
Intelligentie komt voort uit samenwerking van hersennetwerken
Onderzoekers bestuderen met hersenbeeldvorming hoe algemene intelligentie ontstaat. De studie vindt dat intelligentie niet uit één gebied komt maar uit gecoördineerde organisatie en langeafstandscommunicatie tussen veel netwerken.
Hersenachtig weefsel gekweekt zonder dierlijke materialen
Wetenschappers kweekten functioneel hersenachtig weefsel zonder dierlijke materialen of biologische lagen. Het nieuwe PEG-scaffold ondersteunt gedoneerde cellen en maakt betrouwbare tests voor neurologische ziekten mogelijk.
Vraag het niet aan AI, vraag het aan een collega
Redacteuren van drie organisaties lanceren de serie ‘Vraag het niet aan AI, vraag het aan een collega’. Ze bespreken risico’s en nuttige toepassingen van AI en benadrukken menselijke kennisdeling; de serie verschijnt in april online.
