Ein Kompromiss in der neuronalen code: Der Preis, den wir zahlen für unsere hochentwickelte Gehirne möglicherweise eine stärkere Neigung zu Erkrankungen

Ein Kompromiss in der neuronalen code: Der Preis, den wir zahlen für unsere hochentwickelte Gehirne möglicherweise eine stärkere Neigung zu Erkrankungen

Prof. Rony Paz am Weizmann Institute of Science legt nahe, dass unser Gehirn wie moderne Waschmaschinen — entwickelt, um die neueste anspruchsvolle Programmierung, aber anfälliger für Pannen-und anfälliger für Sie zu entwickeln kostspielige Störungen. Er und eine Gruppe von Wissenschaftlern vor kurzem Experimente, Vergleich der Effizienz der neuronalen code in nicht-menschlichen und menschlichen Primaten, und fand, dass der neuronale code wird effizienter, die Robustheit, die verhindert, dass Fehler reduziert wird. Ihre Ergebnisse, die vor kurzem erschien in der Zelle, kann helfen, zu erklären, warum Störungen wie ADHS, Angst, depression, PTSD und sogar Autismus sind Häufig bei den Menschen.

Paz, des Instituts Neurobiologie-Abteilung, sagt, dass anatomische Unterschiede zwischen Menschen und anderen Primaten beschrieben worden-vor allem unsere große pre-frontalen Kortex und seiner erweiterten Anzahl von Neuronen. Aber Unterschiede in der neuronalen code — die „software“, im Gegensatz mit der „hardware“ (die physikalische Struktur) — noch nicht erforscht worden.

Raviv Pryluk, ein Forschungs-student in der Paz-Gruppe, entwickelte eine Methode zu testen und zu vergleichen, die Effizienz der neuronalen code in mehreren Regionen des Gehirns. „Wir definierten die effiziente Kommunikation, die verwendet die geringste Menge an Energie zu übertragen, die maximale Informationen — zu pass auf wie kompliziert Meldung wie möglich mit den wenigsten ‚Wörter'“, sagt Pryluk.

Erfassten die Forscher die elektrische Aktivität von einzelnen Neuronen, die sowohl bei Menschen und Makaken-Affen in zwei Regionen: die pre-frontalen Kortex, in denen höhere Funktionen, wie Entscheidungsfindung und das rationale denken tritt, und die amygdala, eine mehr evolutionär sehr alte region, die verantwortlich ist für die „Kampf oder Flucht“ basic-survival-Funktionen, sowie Emotionen. Paz und seine Gruppe arbeitete in Zusammenarbeit mit Prof. Itzhak Fried von Sourasky Medical Center in Tel-Aviv und der UCLA Medical School in Los Angeles. Patienten mit pharmakologisch unbehandelbaren Epilepsie kommen, um Gebraten zu haben-Elektroden implantiert, die für diagnostische Zwecke, und diese bieten die seltene Gelegenheit, erfassen die elektrische Aktivität von einzelnen Neuronen im menschlichen Gehirn. Auch die Teilnahme an dieser Forschung waren Dr. Hagar Gelbard-Sagiv von der Universität Tel Aviv und Dr. Yoav Kfir, damals ein Forschungs-student in der Paz-Gruppe.

Die Ergebnisse dieser Forschung unterstützen die „Waschmaschine“ – Theorie von Gehirn-evolution: Der neuronale code in den „höher entwickelten“ pre-frontal cortex ist effizienter als die amygdala, sowohl bei Menschen und Affen. Und der neuronale code der beiden Bereiche im menschlichen Gehirn effizienter als seine Affen-Pendant. Aber je höher der Wirkungsgrad, von einer bestimmten neuronalen code, desto weniger robust auf Fehler. Paz vergleicht die amygdala auf der Waschmaschine-Trommel: „Es ist nicht sehr anspruchsvoll, aber es ist weniger wahrscheinlich zu scheitern-das ist wichtig, um Tiere überleben“, sagt er, hinzufügen: „Die geringere Festigkeit der menschlichen amygdala, Fehler können eine Rolle spielen, übertrieben überleben-wie Antworten in unangemessenen Kontexten wie diesen sehen wir in PTSD und andere Angststörungen.“

Pryluk: „die Evolution arbeitet mit trade-offs. Kann es ein null-Summen-Spiel zwischen Effizienz und Robustheit; und unserer komplexen, mehrdimensionalen Verstand gewonnen haben, einer auf Kosten der anderen.“ Fried: „Vergleich von single-cell-Aufnahmen von Menschen und Affen Gehirn ist ein großer Schritt nach vorne in Richtung der Beantwortung der Frage, was macht das menschliche Gehirn einzigartig ist.“ Paz fügt hinzu: „Warum, auf der einen Seite, die Menschen haben, wie überlegen lernen, kognitiven und adaptiven Fähigkeiten, und auf der anderen, diese Tendenz zu ängsten, Depressionen und anderen psychischen Krankheiten? Wir haben gezeigt, dass diese zwei Seiten der gleichen Medaille.“

Prof. Rony Paz Forschung wird unterstützt durch die Adelis-Stiftung; Irving und Dorothy Rom-Familie-Discovery-Stiftungsfonds; Irving B. Harris Fonds für Neue Wege in der Hirnforschung; Bernard und Norton Wolf Family Foundation; die Leff Familie; die Oster Family Foundation; Herr und Frau Gary Clayman; Rosanne Cohen; der Nachlass von Toby Bieber; und der Europäische Forschungsrat.