Când sunteți afară în pădure și auziți un sunet de crăpătură, creierul dvs. trebuie să proceseze rapid, indiferent dacă sunetul provine, să zicem, de la un urs sau de un chipmunk. În noi cercetări publicate în PLoS Biology, un inginer biomedical la Universitatea Washington din St. Louis are o nouă interpretare pentru o observație veche, dezmințind o teorie stabilită în acest proces.

biomedical

Dennis Barbour, MD, dr., Profesor asociat de inginerie biomedicală la Școala de Inginerie și Științe Aplicate, care studiază neurofiziologia, a constatat într-un model animal că neuronii cortexului auditiv pot codifica sunete diferit decât se credea anterior. Neuronii senzitivi, precum cei din cortexul auditiv, răspund în mod relativ nediscriminatoriu la începutul unui nou stimul, dar devin rapid mult mai selectivi. Câțiva neuroni care răspundeau pe durata unui stimul erau, în general, considerați că codifică identitatea unui stimul, în timp ce mulți neuroni care răspundeau la început se credeau că codifică doar prezența sa. Această teorie face o previziune care nu a fost niciodată testată - că răspunsurile inițiale nediscriminatorii ar codifica identitatea stimulului mai puțin precis decât modul în care răspunsurile selective se înregistrează pe durata sunetului.

"La începutul unei tranziții solide, lucrurile sunt codificate difuz în întreaga populație de neuroni, dar identitatea sonoră se dovedește a fi codificată mai exact", a spus Barbour. „Ca rezultat, puteți identifica mai rapid sunetele și puteți acționa după acele informații. Dacă obțineți aproximativ aceeași cantitate de informații pentru fiecare acțiune potențială creștere a activității neuronale, așa cum am găsit, atunci cu atât mai multe vârfuri puteți pune către o problemă, cu atât poți decide mai repede ce să faci. Populațiile neuronale crește cel mai mult și codifică cel mai precis la începutul stimulilor. "

Studiul lui Barbour a implicat înregistrarea neuronilor individuali. Pentru a face tipuri similare de măsurători ale activității creierului la oameni, cercetătorii trebuie să utilizeze tehnici neinvazive care să împartă în comun mulți neuroni. Tehnicile potențiale legate de evenimente (ERP) înregistrează semnale cerebrale prin intermediul electrozilor de pe scalp și reflectă activitatea neuronală sincronizată cu debutul unui stimul. RMN funcțional (fMRI), pe de altă parte, reflectă activitatea medie în câteva secunde. Dacă creierul ar folosi scheme de codificare fundamental diferite pentru declanșare față de prezența susținută a stimulului, s-ar putea aștepta ca aceste două metode să divergă în constatările lor. Ambele dezvăluie totuși codificarea neuronală a identității stimulului.

"Au existat multe dezbateri de foarte mult timp, dar mai ales în ultimele decenii, cu privire la faptul dacă reprezentarea informațiilor în creier este distribuită sau locală", a spus Barbour.

„Dacă funcția este localizată, cu un număr mic de neuroni grupați împreună făcând lucruri similare, acest lucru este în concordanță cu codificarea slabă, selectivitatea ridicată și ratele scăzute ale creșterii populației. Dar dacă aveți activitate distribuită sau o mulțime de neuroni care contribuie peste tot, asta este în concordanță cu codificarea densă, selectivitatea scăzută și ratele ridicate de creștere a populației. În funcție de modul în care se desfășoară experimentul, neurologii văd ambele. Dovezile noastre sugerează că ar putea fi doar ambele, în funcție de datele pe care le priviți și de modul în care le analizați. "

Barbour a spus că cercetarea este cea mai fundamentală lucrare pentru a construi o teorie a modului în care informațiile ar putea fi codificate pentru procesarea sunetului, totuși implică un nou principiu de codificare senzorială potențial aplicabil altor sisteme senzoriale, cum ar fi modul în care sunt procesate și codificate mirosurile.

La începutul acestui an, Barbour a lucrat cu Barani Raman, profesor asociat de inginerie biomedicală, pentru a investiga modul în care este procesată prezența și absența unui miros sau a unui sunet. În timp ce timpii de răspuns dintre sistemele olfactive și auditive sunt diferite, neuronii răspund în același mod. Rezultatele acestei cercetări au oferit, de asemenea, dovezi puternice că ar putea exista un set stocat de motive de procesare a semnalului, care este potențial împărtășit de diferite sisteme senzoriale și chiar de diferite specii.