Žmogaus smegenų projekto tyrėjai iš Forschungszentrum Jülich ir Kelno universiteto (Vokietija) atrado, kaip neuronų tankis pasiskirsto žinduolių smegenų žievės regionuose ir jų viduje. Jie atskleidė pagrindinį žievės citoarchitektūros organizavimo principą: visur esantį lognormalų neuronų tankio pasiskirstymą.

Neuronų skaičius ir jų erdvinis išdėstymas vaidina lemiamą vaidmenį formuojant smegenų struktūrą ir funkciją. Tačiau, nepaisant daugybės turimų citoarchitektūros duomenų, statistinis neuronų tankio pasiskirstymas iš esmės nėra apibūdintas. Naujasis žmogaus smegenų projekto (HBP) tyrimas, paskelbtas žurnale smegenų žievėspagerina mūsų supratimą apie žinduolių smegenų organizaciją.

Duomenų rinkinių ir lognormaliojo skirstinio analizė

Devyni iš septynių viešai prieinamų duomenų rinkinių klasifikuoti (pelė, beždžionė, makaka, galago, pelėda beždžionė, babuinas ir žmogus) buvo tyrimo grupės tyrimų pagrindas. Išanalizavę kiekvienos iš jų žievės sritis, jie nustatė, kad neuronų tankis šiuose regionuose atitiko nuoseklų modelį – lognormalų pasiskirstymą. Tai rodo pagrindinį organizavimo principą, kuriuo grindžiamas neuronų tankis žinduolių smegenyse.

Lognormalus skirstinys – tai statistinis pasiskirstymas, kuriam būdinga iškreipta varpo formos kreivė. Jis atsiranda, pavyzdžiui, imant normaliai paskirstyto kintamojo eksponentą. Jis skiriasi nuo normalaus pasiskirstymo keliais būdais. Dar svarbiau, kad normaliojo pasiskirstymo kreivė yra simetriška, o lognormalioji kreivė yra asimetrinė ir turi sunkią uodegą.

Rezultatų reikšmė ir reikšmė

Šios įžvalgos yra pagrindinės tiksliam smegenų modeliavimui. „Ne mažiau svarbu dėl to, kad neuronų tankio pasiskirstymas įtakoja tinklo ryšį“, – sako Sascha van Alpada, Forschungszentrum Jülich teorinės neuroanatomijos grupės vadovas ir vyresnysis šio straipsnio autorius. „Pavyzdžiui, jei sinapsių tankis yra pastovus, tada regionai su mažesniu neuronų tankiu gaus daugiau sinapsių vienam neuronui”, – aiškina ji. Šie aspektai taip pat svarbūs kuriant smegenų įkvėptas technologijas, tokias kaip neuromoduliatoriai.

„Be to, kadangi žievės regionai dažnai išskiriami remiantis citoarchitektūra, žinios apie neuronų tankio pasiskirstymą gali būti svarbios statistiniam regionų skirtumų ir ribų tarp regionų įvertinimui“, – priduria Van Alpada.

Lognormaliojo smegenų savybių pasiskirstymo supratimas

Rezultatai atitinka ankstesnius stebėjimus, kad daugelis smegenų savybių atitinka normalų racionalų pasiskirstymą. „Viena iš priežasčių, kodėl jie yra tokie dažni gamtoje, yra ta, kad jie atsiranda, kai atsižvelgiama į daugelio nepriklausomų kintamųjų sandaugą“, – sako Aleksandras van Meijnas, pirmasis tyrimo autorius. Kitaip tariant, lognormalus skirstinys natūraliai atsiranda dėl daugybos operacijų, panašiai kaip normalus skirstinys, kai pridedama daug nepriklausomų kintamųjų.

„Naudodami paprastą modelį, galėjome parodyti, kaip neuronų padvigubėjimas vystymosi metu gali sukelti pastebėtus neuronų tankio pasiskirstymus“, – aiškina van Meijnas.

Remiantis tyrimu, iš esmės organizacinės struktūros smegenų žievės lygyje gali būti vystymosi ar vystymosi šalutiniai produktai ir neatlieka jokios skaičiavimo funkcijos; Tačiau faktas, kad tos pačios organizacinės struktūros gali būti stebimos daugelyje rūšių ir daugumoje žievės regionų, rodo, kad log-normalus pasiskirstymas turi tikslą.

„Negalime būti tikri, kaip loginis normalus neuronų tankio pasiskirstymas veikia smegenų funkciją, bet greičiausiai tai susiję su dideliu tinklo nevienalytiškumu, kuris gali būti naudingas skaičiavimo požiūriu“, – sako pirmasis tyrimo autorius Aitor Morales Gregorio, cituodamas ankstesnį darbą. . kurie rodo, kad smegenų ryšio heterogeniškumas gali paskatinti veiksmingą informacijos perdavimą. Be to, nevienalyčiai tinklai palaiko tvirtą mokymąsi ir padidina neuronų grandinių atminties talpą.

Nuoroda: Aitor Morales-Gregorio, Alexander van Meijen ir Sacha G van Albada „Ubikvitintas log-normalus neuronų tankio pasiskirstymas žinduolių smegenų žievėje“, 2023 m. liepos 6 d., pasiekiama čia. smegenų žievės.
doi: 10.1093/sircor/bhad160