Buigtijd: ontcijfering van tempo-aanpassing in neurale circuits

By | January 31, 2024

Samenvatting: Een nieuwe studie onthulde een sleutelmechanisme voor hoe de hersenen zich aanpassen aan verschillende levenstempo’s.

Met behulp van de zingende muis van Alston, bekend om zijn variabele vocalisaties, onderzocht het onderzoeksteam de rol van de orofaciale motorcortex bij het reguleren van het tempo van liedjes. Hun resultaten brachten een proces aan het licht dat ‘temporele schaling’ wordt genoemd, waarbij neuronen tijdsintervallen aanpassen, wat inzicht geeft in de flexibiliteit van de hersenen in vocale communicatie en gedrag.

Deze ontdekking maakt de weg vrij om te begrijpen hoe onze hersenen diverse interacties met de wereld mogelijk maken, met verstrekkende gevolgen voor technologie, onderwijs en therapie.

Belangrijke feiten:

  1. Het onderzoek concentreerde zich op hoe de orofaciale motorcortex bij de zingende muizen van Alston het tempo van hun vocalisaties aanpast.
  2. Neuronen in dit hersengebied zijn betrokken bij ‘temporele schaalvergroting’, het veranderen van tijdsintervallen in plaats van het bijhouden van de absolute tijd.
  3. Dit mechanisme onderstreept het aanpassingsvermogen van de hersenen en kan mogelijk gevolgen hebben voor gebieden variërend van neurowetenschappen tot technologie.

Bron: CSHL

Het leven heeft een uitdagend tempo. Soms gaat het sneller of langzamer dan we zouden willen. Toch passen wij ons aan. Wij pikken het ritme van de gesprekken op. Terwijl we over de trottoirs van de stad lopen, volgen we de drukte.

“Er zijn veel gevallen waarin we dezelfde actie moeten uitvoeren, maar in een verschillend tempo. De vraag is dus hoe de hersenen dit doen”, zegt Arkarup Banerjee, assistent-professor bij Cold Spring Harbor Laboratory.

Nu hebben Banerjee en collega’s een nieuwe aanwijzing ontdekt die erop wijst dat de hersenen de manier waarop we tijd verwerken aanpassen aan onze behoeften. En dat is deels te danken aan een luid beestje uit Costa Rica, de zingende muis van Alston.

Banerjee en zijn team wilden ontdekken hoe neurale circuits in de hersenen van de muizen het tempo van hun liedje bepalen. Fotocredit: Neuroscience News

Dit specifieke ras staat bekend om zijn vocalisaties, die hoorbaar zijn voor mensen en enkele seconden duren. De ene muis slaakt een verlangenkreet en de andere reageert met een eigen deuntje. Opvallend is dat het nummer varieert in lengte en snelheid. Banerjee en zijn team wilden ontdekken hoe neurale circuits in de hersenen van de muizen het tempo van hun liedje bepalen.

De onderzoekers deden alsof ze duetten uitvoerden met de muizen terwijl ze een deel van hun hersenen analyseerden dat de orofaciale motorische cortex (OMC) wordt genoemd. Ze registreerden de activiteit van de neuronen gedurende vele weken. Vervolgens zochten ze naar verschillen tussen nummers met verschillende duur en tempo.

Ze ontdekten dat OMC-neuronen betrokken zijn bij een proces dat temporele schaling wordt genoemd. “In plaats van de absolute tijd als een klok te coderen, volgen de neuronen zoiets als de relatieve tijd”, legt Banerjee uit. “Je vertraagt ​​of versnelt eigenlijk het interval. Het is dus niet één of twee seconden, het is 10%, 20%.”

De ontdekking biedt nieuwe inzichten in hoe de hersenen vocale communicatie genereren. Maar Banerjee vermoedt dat de impact verder gaat dan taal of muziek. Het zou kunnen helpen verklaren hoe tijd in andere delen van de hersenen wordt berekend en ons in staat stellen om verschillende gedragingen dienovereenkomstig aan te passen. En dat vertelt ons misschien meer over hoe onze wonderbaarlijk complexe hersenen werken.

“Het is dit blok vlees van drie pond dat je kunt gebruiken om van alles te doen, van het lezen van een boek tot het sturen van mensen naar de maan”, zegt Banerjee.

“Het geeft ons flexibiliteit. Wij kunnen spontaan veranderen. Wij passen ons aan. We leren. Als alles een stimulus-respons zou zijn, zonder de mogelijkheid om te leren, zonder verandering en zonder langetermijndoelen, zouden we geen hersenen nodig hebben. Wij geloven dat de cortex functioneert om gedrag flexibeler te maken.”

Met andere woorden, het helpt ons te maken wie we zijn. De ontdekking van Banerjee zou de wetenschap dichter bij het begrip kunnen brengen hoe onze hersenen ons in staat stellen om met de wereld te communiceren. De potentiële impact op technologie, onderwijs en therapie is net zo grenzeloos als onze verbeelding.

Over dit nieuws uit neurowetenschappelijk onderzoek

Auteur: Sara Giarnieri
Bron: CSHL
Contact: Sara Giarnieri – CSHL
Afbeelding: De afbeelding is afkomstig van Neuroscience News

Originele onderzoek: Gesloten toegang.
“De temporele schaalvergroting van de motorische corticale dynamiek onthult de hiërarchische controle van de vocale productie” door Arkarup Banerjee et al. Natuurlijke neurowetenschappen


Abstract

De temporele schaalvergroting van de motorische corticale dynamiek onthult een hiërarchische controle over de vocale productie

Aangenomen wordt dat neocorticale activiteit de vrijwillige controle over de stemproductie bemiddelt, maar de onderliggende neurale mechanismen blijven onduidelijk. Bij een zeer vocaal knaagdier, de mannelijke Alston-zangmuis, bestuderen we de neuronale dynamiek in de orofaciale motorcortex (OMC), een structuur die cruciaal is voor vocaal gedrag.

We beschrijven eerst de neurale activiteit gemoduleerd door componenttonen (∼100 ms) die waarschijnlijk sensorische feedback vertegenwoordigen. Op langere tijdschalen vertonen OMC-neuronen echter diverse en vaak aanhoudende premotorische vuurpatronen die zich uitstrekken of comprimeren met de duur van het lied (∼ 10 s). Met behulp van computermodellen laten we zien dat een dergelijke temporele schaalvergroting, via stroomafwaartse motorproductiecircuits, vocale flexibiliteit mogelijk kan maken.

Deze resultaten bieden een raamwerk voor het bestuderen van hiërarchische controlelussen, een gemeenschappelijk ontwerpprincipe in veel natuurlijke en kunstmatige systemen.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *