Σε δύο πρόσφατα δημοσιευμένες μελέτες, μαθηματικοί από το Πανεπιστήμιο του Λονδίνου Queen Mary φέρνουν τους ερευνητές ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση του πώς η δομή του εγκεφάλου σχετίζεται με τη λειτουργία του.
Οι ερευνητές από την ομάδα Πολύπλοκων Δικτύων της Σχολής Μαθηματικών Επιστημών στο Queen Mary περιγράφουν το πώς διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου μπορούν να συσχετίζονται παρά την έλλειψη άμεσης αλληλεπίδρασης μεταξύ τους.
Η ομάδα, σε συνεργασία με ερευνητές στη Βαρκελώνη, τη Παμπλόνα και το Παρίσι, συνδύασαν δύο διαφορετικά δίκτυα του ανθρώπινου εγκεφάλου - ένα που χαρτογραφεί όλες τις φυσικές συνδέσεις μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου (γνωστό ως δίκτυο κορμού), και ένα άλλο που αναφέρει τη δραστηριότητα των διαφόρων περιοχών σύμφωνα με τις μεταβολές της ροής αίματος , γνωστό ως λειτουργικό δίκτυο. Οι επιστήμονες έδειξαν ότι η παρουσία συμμετρικών νευρώνων εντός του δικτύου κορμού θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για τη συγχρονισμένη δραστηριότητα των φυσικώς απομακρυσμένων περιοχών του εγκεφάλου.
«Δεν έχουμε ακόμα κατανοήσει πλήρως πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος. Μέχρι στιγμής, οι προσπάθειες ήταν συγκεντρωμένες περισσότερο στην ανάλυση της λειτουργίας μεμονωμένων περιοχών. Ωστόσο, δεν υπάρχει ένα ολοκληρωμένο μοντέλο για όλη τη λειτουργικότητα του εγκεφάλου μαζί. Ελπίζουμε ότι η έρευνά μας θα βοηθήσει νευροεπιστήμονες να αναπτύξουν έναν πιο ακριβή χάρτη του εγκεφάλου και να διερευνήσουν τη λειτουργία του πέρα από μεμονωμένους τομείς», δήλωσε ο επικεφαλής της έρευνας Βιτσέντσο Νικόζια.
Οι ερευνητές μελέτησαν ένα μαθηματικό μοντέλο Kuramoto στο οποίο οι ταλαντωτές συνδέονται με τους κόμβους ενός πολύπλοκου δικτύου και οι αλληλεπιδράσεις περιλαμβάνουν μια παρεμβολή φάσης, εμποδίζοντας έτσι τον πλήρη συγχρονισμό. Το σύστημα οργανώνεται σε ένα καθεστώς απομακρυσμένου συγχρονισμού όπου τα ζεύγη των κόμβων με την ίδια συμμετρία δικτύου είναι πλήρως συγχρονισμένα, παρά την απόστασή τους στο γράφημα.
Στη συνέχεια εξήγησαν με αναλυτικά επιχειρήματα πώς η παρεμβαλλόμενη παράμετρος επηρεάζει την κατανομή των φάσεων. Η εφαρμογή του μοντέλου στα δίκτυα του εγκεφάλου δείχνει ότι η ανατομική συμμετρία παίζει ρόλο στο νευρικό συγχρονισμό, καθορίζοντας συσχετιζόμενες λειτουργικές ενότητες σε απομακρυσμένες περιοχές.
Η έρευνα έρχεται να προστεθεί στα πρόσφατα ευρήματα του Τμήματος Ψυχιατρικής στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ, που ανέλυσαν την ανάπτυξη του εγκεφάλου ενός μικρού σκουληκιού με την ονομασία Caenorhabditis elegans. Στη μελέτη αυτή, η ομάδα εξέτασε τον αριθμό των συνδέσμων που σχηματίζονται στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της ζωής του σκουληκιού, και παρατήρησε μια απροσδόκητη απότομη αλλαγή στο μοτίβο της ανάπτυξης, η οποία αντιστοιχεί στο χρονικό διάστημα της εκκόλαψης των αυγών.
«Η έρευνα είναι σημαντική, δεδομένου ότι είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται μία απότομη μετάβαση στην ανάπτυξη ενός νευρωνικού δικτύου», πρόσθεσε ο δρ. Νικόζια.
