Le esperienze ricche migliorano la connessione cerebrale

riepilogo: Un nuovo studio rivela fino a che punto le esperienze possono influenzare la connettività cerebrale. Lo studio ha utilizzato un neurochip con più di 4.000 elettrodi per tracciare l’attività neurale nel cervello dei topi.

I risultati hanno mostrato che i topi che vivevano in un ambiente arricchito avevano un numero significativamente maggiore di neuroni interconnessi rispetto a quelli che vivevano in ambienti standard. Questi risultati non solo forniscono informazioni sulla plasticità cerebrale, ma hanno anche potenziali applicazioni nell’intelligenza artificiale.

Aspetti principali:

1. Un team di ricercatori ha utilizzato un neurochip per monitorare l’attività neurale nel cervello dei topi e ha scoperto che l’ambiente arricchito ha migliorato significativamente la connettività nei neuroni.
2. La ricerca fornisce una comprensione rivoluzionaria della plasticità cerebrale e delle reti neurali su larga scala.
3. I risultati dello studio hanno potenziali implicazioni per l’intelligenza artificiale, poiché le intuizioni aiutano a informare i nuovi algoritmi di apprendimento automatico.

fonte: DZNE

Gli effetti di queste esperienze sulla connettività cerebrale sono noti da tempo, ma uno studio rivoluzionario condotto dai ricercatori del Centro tedesco per le malattie neurodegenerative (DZNE) e della TUD Dresden University of Technology sta ora mostrando quanto siano realmente grandi questi effetti.

I risultati nei topi forniscono informazioni senza precedenti sulla complessità delle reti neurali su larga scala e sulla plasticità cerebrale. Inoltre, potrebbero aprire la strada a nuovi metodi di intelligenza artificiale ispirati al cervello.

I risultati, basati sull’innovativa tecnologia “brain-on-a-chip”, sono stati pubblicati su Scientific Journal Biosensori e Bioelettronica.

I ricercatori di Dresda hanno esplorato la questione di come la ricca esperienza influisca sui circuiti cerebrali. A tale scopo, hanno utilizzato un cosiddetto neurochip con oltre 4.000 elettrodi per rilevare l’attività elettrica delle cellule cerebrali. Questa piattaforma innovativa ha permesso di registrare il “fuoco” di migliaia di neuroni contemporaneamente.

L’area esaminata – molto più piccola delle dimensioni di un’unghia umana – copriva l’intero ippocampo di un topo. Questa struttura cerebrale, condivisa dagli esseri umani, svolge un ruolo fondamentale nell’apprendimento e nella memoria, rendendola un obiettivo primario per le demenze come il morbo di Alzheimer.

Nel loro studio, gli scienziati hanno confrontato il tessuto cerebrale dei topi, allevati in modo diverso. Mentre un gruppo di roditori è stato allevato in gabbie standard, che non fornivano stimoli speciali, gli altri gruppi sono stati alloggiati in un “ambiente arricchito” che includeva giocattoli riorganizzabili e tubi di plastica simili a labirinti.

“I risultati hanno superato di gran lunga le nostre aspettative”, ha affermato il dottor Haider Amin, scienziato capo dello studio. Amin, esperto di neuroelettronica e neuroscienze computazionali, dirige un gruppo di ricerca presso DZNE. Lui e il suo team hanno sviluppato la tecnologia e gli strumenti di analisi utilizzati in questo studio.

Semplificando, si potrebbe dire che i neuroni nei topi provenienti dall’ambiente arricchito erano più interconnessi rispetto a quelli cresciuti in alloggi normali.Indipendentemente dal parametro che abbiamo esaminato, l’esperienza più ricca ha letteralmente potenziato le connessioni nelle reti neurali.

“Questi risultati suggeriscono che condurre una vita attiva e diversificata modella il cervello su basi completamente nuove”.

Informazioni senza precedenti sulle reti cerebrali

Il professor Gerd Kemperman, che ha co-diretto lo studio e ha lavorato alla questione di come l’attività fisica e cognitiva aiuti il ​​cervello a formare la resilienza all’invecchiamento e alle malattie neurodegenerative, testimonia: “Tutto ciò che sappiamo finora in questo campo è stato tratto da studi che utilizzano singoli elettrodi o tecniche.” Imaging come la risonanza magnetica.

“La risoluzione spazio-temporale di queste tecniche è molto più grossolana del nostro approccio. Qui possiamo letteralmente vedere il circuito scendere alla scala delle singole celle. Abbiamo applicato strumenti computazionali avanzati per estrarre una grande quantità di dettagli sulla dinamica del rete nello spazio e nel tempo dalle nostre registrazioni.”

“Abbiamo scoperto una grande quantità di dati che dimostrano i benefici di un cervello plasmato da una ricca esperienza. Questo apre la strada alla comprensione del ruolo della plasticità e della formazione delle riserve nella lotta contro le malattie neurodegenerative, in particolare in relazione a nuove strategie preventive”, ha affermato il Professor Kemperman, che oltre ad essere ricercatore presso DZNE, appartiene anche al Center for Rejuvenation Therapies Dresden (CRTD) presso TU Dresden.

“Inoltre, questo aiuterà a fornire informazioni sui processi patologici associati alla neurodegenerazione, come le disfunzioni delle reti cerebrali”.

potenziale nell’intelligenza artificiale ispirata al cervello

“Rivelando come le esperienze modellano la rete e le dinamiche del cervello, non stiamo solo spingendo i confini della ricerca sul cervello”, afferma il dott. Amin.

“L’intelligenza artificiale si ispira al modo in cui il cervello calcola le informazioni. Pertanto, i nostri strumenti e le intuizioni che ne consentono la generazione possono aprire la strada a nuovi algoritmi di apprendimento automatico”.

A proposito di questa ricerca di notizie sulla neuroplasticità

autore: Marcus Nitzert
fonte: DZNE
comunicazione: Marcus Nitzert – DZNE
immagine: Immagine accreditata a Neuroscience News

Ricerca originale: accesso libero.
“Un biosensore basato su CMOS ad alta risoluzione per valutare la dinamica del circuito ippocampale nella plasticità dipendente dal processoDi Haider Amin et al. Biosensori e Bioelettronica

un sommario

Un biosensore basato su CMOS ad alta risoluzione per valutare la dinamica del circuito ippocampale nella plasticità dipendente dal processo

La ricchezza sperimentale crea cambiamenti a livello tissutale e plasticità sinaptica quando i modelli emergono dall’attività spaziotemporale ritmica di grandi aggregazioni neuronali interconnesse.

Nonostante molti approcci sperimentali e computazionali su scale diverse, l’esatto effetto dell’esperienza sulle dinamiche informatiche a livello di rete rimane inaccessibile a causa della mancanza di una metodologia di punteggio ampiamente applicabile.

Qui dimostriamo un circuito cerebrale ibrido multisito su larga scala su un biosensore basato su CMOS con una risoluzione spaziotemporale senza precedenti di 4.096 microelettrodi, consentendo una valutazione elettrofisiologica simultanea su intere sottoreti ippocampali e corticali di ratti in condizioni di controllo e ricche di ambiente (ENR). alloggiamento (SD).

Dotata di varie analisi computazionali, la nostra piattaforma rivela gli effetti dell’arricchimento ambientale sulle dinamiche neurali spaziotemporali locali e globali, sulla sincronizzazione degli spari, sulla complessità della rete topologica e sulla rete neurale su larga scala.

I nostri risultati identificano il ruolo distinto della sperimentazione precedente nel migliorare la codifica multidimensionale formata da insiemi neurali, tolleranza ai guasti e resilienza a guasti casuali rispetto alle condizioni standard.

La gamma e la profondità di questi effetti evidenziano il ruolo fondamentale dei biosensori ad alta densità e su larga scala per fornire una nuova comprensione delle dinamiche computazionali e dell’elaborazione delle informazioni in condizioni di plasticità fisiologica multimodale e dipendente dall’esperienza e il loro ruolo nelle funzioni cerebrali superiori.

La conoscenza di queste dinamiche su larga scala può ispirare lo sviluppo di modelli computazionali biologicamente plausibili e reti di intelligenza artificiale computazionale ed estendere il calcolo neurale ispirato al cervello a nuove applicazioni.