Eigenmodes of the brain: revisiting connectomics and geometry

مغز ما فقط یه توده از سلول‌های عصبی نیست؛ بخش‌های مختلفش از طریق یه مسیرهای عصبی به هم وصلن و مدام با هم ارتباط دارن.
برای توضیح الگوهای فعالیت مغز، پژوهشگرها معمولا به دو چیز نگاه می‌کنن:
●شکل و هندسه‌ی مغز و
●شبکه‌ی ارتباطی یا سیم‌کشی مغز.
یه پژوهش قبلی به این نتیجه رسیده بود که شاید شکل هندسی مغز خیلی مهم‌تر از ارتباطات بین نواحی مختلف باشه.
● پژوهشگرهای این مقاله دوباره این موضوع رو بررسی کردن و می‌گن داستان به این سادگی نیست.
به نظرشون، یکی از مشکلات مطالعات قبلی این بوده که روش‌های مورد استفاده برای تخمین ارتباطات مغزی، نمی‌تونستن این ارتباطات رو با دقت کافی ثبت کنن.
پس روش‌های دقیق‌تر برای ساخت شبکه‌ی ارتباطی مغز استفاده کردن و دیدن که سیم‌کشی مغز هم می‌تونه الگوهای فعالیت مغزی رو خیلی خوب توضیح بده.
برای فهمیدن فعالیت مغز، احتمالا نباید فقط به شکل مغز نگاه کنیم.
هم هندسه‌ی مغز مهمه و هم اینکه قسمت‌های مختلف مغز چطور به هم وصل شدن.

Brainwide blood volume reflects opposing neural populations
روش‌هایی مثل fMRI فعالیت مغز رو مستقیم اندازه نمی‌گیرن؛ در واقع تغییرات مربوط به جریان و حجم خون رو می‌بینن و از روی اون درباره فعالیت نورون‌ها نتیجه‌گیری می‌کنن.

معمولا فرض می‌شه هرچی فعالیت نورونی بیشتر باشه، خون‌رسانی هم بیشتر می‌شه.

● حالا این مقاله چی میگه؟
پژوهشگرها در مغز موش‌ها دیدن ماجرا پیچیده‌تره: دو گروه از نورون‌ها وجود دارن که با بالا رفتن برانگیختگی، فعالیت یکی زیاد و دیگری کم می‌شه.
ترکیب فعالیت این دو گروه، تغییرات حجم خون در سراسر مغز رو خیلی بهتر از «میانگین فعالیت نورون‌ها» توضیح می‌ده.
یعنی برای تفسیر سیگنال‌های خون‌رسانی مغز، شاید فقط دونستن اینکه «نورون‌ها چقدر فعالن» کافی نباشه؛ اینکه کدوم نورون‌ها فعال یا غیرفعال می‌شن هم مهمه.

Neural mechanism underlying depressive-like state associated with social status loss

از دست دادن جایگاه اجتماعی می‌تونه با افسردگی ارتباط داشته باشه؛ اما اینکه دقیقا چه اتفاقی توی مغز می‌افته، خیلی مشخص نبوده.
● این مقاله چی میگه؟
پژوهشگرها روی موش‌ها بررسی کردن وقتی یک موش به‌صورت اجباری جایگاه اجتماعی خودش رو از دست می‌ده، چه تغییری در مغزش اتفاق می‌افته.
دیدن این شکست، بخشی از مغز به اسم هابنولای جانبی (LHb) رو فعال می‌کنه؛ ناحیه‌ای که با تجربه‌های منفی و پردازش پاداش در ارتباطه. این اتفاق روی قشر پیش‌پیشانی هم اثر می‌ذاره و باعث می‌شه موش بیشتر عقب‌نشینی کنه و رفتارهای شبه‌افسردگی نشون بده.
جالب اینکه وقتی موش دوباره جایگاه اجتماعی خودش رو به دست می‌آورد، این رفتارهای شبه‌افسردگی هم کاهش پیدا می‌کرد.
یعنی حداقل در موش‌ها، از دست دادن جایگاه اجتماعی و تغییرات مغزی ناشی از اون می‌تونن همدیگه رو تقویت کنن.

BOLD signal changes can oppose oxygen metabolism across the human cortex

خب؛ fMRI فعالیت نورون‌ها رو مستقیما نمی‌بینه؛ در واقع تغییرات اکسیژن خون رو از طریق سیگنالی به اسم BOLD اندازه می‌گیره.
معمولا فرض می‌کنیم وقتی BOLD بالا می‌ره، فعالیت مغزی هم بیشتر شده و وقتی پایین میاد، فعالیت کمتر شده.

●حالا این مقاله چی میگه؟
پژوهشگرها نشون دادن این رابطه همیشه درست نیست. :))))
در حدود ۴۰٪ از نقاط مغزی که تغییر معنادار BOLD داشتن، تغییر مصرف اکسیژن در جهت مخالف چیزی بود که BOLD نشون می‌داد. این اختلاف مخصوصاً در شبکه پیش‌فرض مغز (DMN) دیده می‌شد.
یعنی سیگنال BOLD همیشه به‌تنهایی نمی‌تونه بهمون بگه فعالیت واقعی مغز بیشتر شده یا کمتر.
پس برای تفسیر دقیق‌تر fMRI، شاید لازم باشه جریان خون و متابولیسم اکسیژن مغز رو هم در نظر بگیریم.

Altered brain dynamic in major depressive disorder: state and trait features

توی گروه‌های اجتماعی، حیوانات معمولاً یه سلسله‌مراتب دارن؛ یعنی بعضی غالب‌تر و بعضی زیردست‌ترن.
● این مقاله چی میگه؟
پژوهشگرها کاری کردن که موش‌های غالب، به‌طور اجباری مقابل موش‌های زیردست خودشون شکست بخورن و جایگاه اجتماعیشون رو از دست بدن :)).

بعد از این اتفاق، موش‌ها رفتارهای شبه‌افسردگی بیشتری نشون دادن.

این شکست اجباری، بخشی از مغز به اسم هابنولای جانبی (LHb) رو فعال می‌کرد؛ این ناحیه هم فعالیت قشر پیش‌پیشانی (mPFC) رو کاهش می‌داد و باعث می‌شد موش‌ها در رقابت‌های بعدی بیشتر عقب‌نشینی کنن.

در نتیجه یه جور چرخه شکل می‌گرفت:
از دست دادن جایگاه -> تغییر فعالیت مغز -> عقب‌نشینی بیشتر -> حفظ جایگاه پایین‌تر.

جالب اینکه وقتی موش‌ها دوباره جایگاه قبلی‌شون رو به دست می‌آوردن، رفتارهای شبه‌افسردگی هم کاهش پیدا می‌کرد.