Bilim adamları, Beyinlerini Işıkla Zaptederek Fareleri Bağlamaya Sürdüler

Geçtiğimiz Mart akşamı, koronavirüs salgını ülkeyi kapatmadan hemen önce, Northwestern Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi olan Mingzheng Wu, iki erkek fareyi bir kafese koydu ve mütevazı yeni kazılarını keşfederken izledi: koklamak, kazmak, biraz mücadele.

Yakındaki bir bilgisayara birkaç tıklama ile Bay Wu, her bir hayvanın beyninin önüne yerleştirilen mavi ışığı yaktı. Bu ışık küçük bir korteks parçasını harekete geçirdi ve nöronları ateşlemeye teşvik etti.

Bay Wu, iki fareyi aynı anda ve aynı hızlı frekansta zapladı – beyinlerinin bu bölümünü tam anlamıyla senkronize hale getirdi. Bir veya iki dakika içinde, iki yaratık arasındaki herhangi bir düşmanlık ortadan kayboldu ve uzun zamandır kayıp arkadaşlar gibi birbirlerine sarıldılar.

Yevgenia Kozorovitskiy’nin nörobiyoloji laboratuvarında çalışan Bay Wu, “Birkaç dakika sonra, bu hayvanların aslında bir arada kaldığını ve bir hayvanın diğerini tımar ettiğini gördük” dedi.

Bay. Wu ve meslektaşları daha sonra deneyi tekrarladılar, ancak her bir hayvanın korteksini diğerinden farklı frekanslarda sıkıştırdılar. Bu sefer, fareler çok daha az bağlanma dürtüsü gösterdiler.

Nature Neuroscience’da bu ay yayınlanan deney, bilim insanlarının birden çok hayvanın beyinlerini birbirleriyle etkileşime girerken gözlemlemelerine ve manipüle etmelerine olanak tanıyan etkileyici yeni bir kablosuz teknoloji sayesinde mümkün oldu.

Dartmouth Koleji’nde çalışmaya dahil olmayan sosyal sinirbilimci Thalia Wheatley, “Bu minyatür donanım parçalarını yerleştirip nöronları ışıkla açıp kapatabilmeniz akıllara durgunluk verecek kadar havalı,” dedi.

Yüzyıllar boyunca, çoğu sinirbilimcinin bireysel beyne ve çeşitli bölümlerinin işlevine odaklandığını belirtti. “Alanın tamamı kavanozdaki beyne bakmak üzerine kurulu – Hafıza nerede? Vizyon nerede? ” Dr Wheatley dedi. Ancak tanımları gereği tek başına gözlemlenemeyen incelikli sosyal davranışları anlamak için, “aynı anda birden fazla beyne bakmaya başlamamız çok önemli. “

Yeni çalışma, sosyal anksiyete bozukluklarından pandemik izolasyona kadar her şey için potansiyel çıkarımlarla birlikte, on yıllardır insanlarda gözlemlenen kışkırtıcı bir fenomen hakkında sorular da gündeme getiriyor: İki kişi etkileşime girdiğinde, beyin modelleri ilginç şekillerde hizalanıyor.

Optogenetik bir cihaz, nöron gruplarını etkinleştirmek için farelerin beyinlerine yerleştirilen küçük bir LED ışık kullandı. Kredi. . . Northwestern Üniversitesi

Hayaletlerden yarasalara

2000’lerde sözde beyinler arası eşzamanlılık üzerine araştırma ortaya çıktığında, bazı bilim adamları onu parapsikoloji, 1960’ların ve 70’lerin hayaletlere, öbür dünyaya ve paranormalin diğer harikalarına dair kanıtlar bulduğunu iddia eden trippy alanı olarak reddetti.

Örneğin 1965’te iki göz doktoru, prestijli Science dergisinde 15 çift tek yumurta ikizinin absürt bir çalışmasını yayınladı. Her ikiz, kafa derisinde elektrotlar ile ayrı bir odaya yerleştirildi ve komut üzerine gözlerini kırpması istendi. Çalışma, çiftlerin ikisinde, bir ikizin, diğer odada göz kırparken, farklı beyin aktivitesi örüntüleri gösterdiğini bildirdi. Doktorlar buna “duyusal olmayan indüksiyon” adını verdiler. ”

On yıldan fazla bir süredir beyinden beyne senkronizasyon üzerine çalışan Montreal Üniversitesi’nde sosyal fizyolog Guillaume Dumas, “Bu makale çok komik,” dedi. O uzak çağda, “iki kişiyle beyinler arası senkronizasyonu gösterdiğini iddia eden metodolojik olarak sorgulanabilir sonuçlara sahip birçok makale vardı. ”

Ancak o zamandan beri, birçok ses çalışması, iki kişi rekabetçi bir oyun oynarken aynı anda iki beyin tarayıcısından nasıl veri toplanacağını ve birleştirileceğini açıklayan 2002’de bir makaleden başlayarak, insan etkileşimleri sırasında beyin senkronizasyonlarının ortaya çıktığını buldu. Bu, araştırmacıların, her iki beynin birbirine yanıt olarak nasıl aktive edildiğini gözlemlemelerini sağladı. 2005’teki bir Science makalesinde, bu “hiper tarama” tekniği, güvene dayalı bir oyun oynadıklarında iki kişinin beyinlerindeki aktivitenin korelasyonlarını gösterdi.

2010 yılında, Dr. Dumas kafa derisi elektrotlarını kullanarak, iki kişi birbirlerinin el hareketlerini kendiliğinden taklit ettiklerinde beyinlerinin çift dalga modelleri gösterdiğini buldu. Daha da önemlisi, çiftleri birbirlerine “uyum sağlamaya” teşvik eden harici bir metronom – müzik ya da sıra alma oyunu gibi – yoktu; sosyal etkileşimleri sırasında doğal olarak gerçekleşti.

Dr. Dumas, “İşin içinde telepati ya da ürkütücü bir şey yok,” dedi. Başkasıyla etkileşim kurmak karmaşıktır ve sürekli bir geri bildirim döngüsü dikkat, öngörü ve tepki gerektirir. Beynin bu etkileşimin her iki tarafını da eşzamanlı olarak haritalamak için bir yolunun olması mantıklıdır – sizin ve diğer kişinin davranışları – bilim adamları bunun nasıl olduğu hakkında hala çok az şey biliyorlar.

Daha sonraki araştırmalar, beyin senkronizasyonunun iki insanın sosyal ilişkisine bağlı olduğunu gösterdi. Örneğin yabancılar ve çiftler, farklı seviyelerde beyin senkronizasyonuna sahip görünüyor. Başka bir çalışma, bir lider ve bir takipçi arasında, iki takipçi arasında olduğundan daha fazla beyin eşzamanlılığı buldu.

Weizhe Hong, birkaç yıl önce, ekibi etkileşen farelerin beyin hücrelerinden kayıt yaparken aynı tür bir senkronizasyona rastladığında bu insan çalışmalarından hiçbirini bilmiyordu. California Los Angeles Üniversitesi’nde sinirbilimci olan Dr. Hong, “Yaklaşık altı ay boyunca, çok şaşırdık,” dedi. “Bunu gerçek olamayacak kadar iyi buldum, benim için çok şaşırtıcı. ”

Sonuçta çoğu sosyal etkileşimde, etkileşim halindeki iki hayvan aynı anda aynı şeyi yapmıyor; Bir sohbette, biri konuşurken diğeri dinleyebilir. Dolayısıyla, farelerinin neden bu kadar güçlü sinirsel senkronizasyon gösterdiği ona hemen bir anlam ifade etmedi. Ancak bilimsel literatürü inceledikten sonra, “Fark ettim, ah aslında, insan eşzamanlılığı üzerine çalışmanın 15 yıllık bir geçmişi olduğunu fark ettim. ”

Dr. Hong’un ekibi deneylerinde bu eşzamanlılığı beynin bir dizi sosyal davranışla bağlantılı olan medial prefrontal korteks adı verilen bölümünde kaydetti. Her bir hayvanın beynindeki belirli nöronlar, hayvanın kendi davranışını kodluyormuş gibi görünürken, diğer hücrelerin aktivitesi diğer hayvanın davranışıyla ilişkiliydi. İki grup arasında, belirli hücrelerin her iki hayvana da duyarlı olduğunu düşündüren bir miktar örtüşme vardı. Dr. Hong, bu bulguların, bir hayvan hareket ettiğinde veya başka bir hayvanda bu hareketi gözlemlediğinde ateşlenen önceki “ayna nöronları” çalışmaları ile ilgili olabileceğini, ancak bu bağlantı net olmaktan uzak olduğunu söyledi. “Ayna nöron olup olmadıkları kesinlikle ilgilendiğimiz bir şey,” diye ekledi.

Ekibi, 2018’de ilk fare verilerini paylaşmak için büyük Sinirbilim Derneği toplantısına gittiğinde, Berkeley’deki California Üniversitesi’nden bilim insanlarının sosyal olarak etkileşim halindeki yarasalarda şaşırtıcı derecede benzer sonuçlar bulduklarını keşfettiler. Fare ve yarasa çalışmaları 2019’da Cell’de yayınlandı.

Dr. Hong, “Şaşırdık ve cesaretlendik” dedi. “Bu yıllardır yapılmamıştı ve şimdi başka bir türde başka biri yaptı. “

Fareleri değiştirme

Nature Neuroscience’da yeni çalışmayı gerçekleştiren Kuzeybatı araştırmacıları, beyinler arası senkronizasyonla ilgili bu insan ve hayvan deneylerine aşinaydı. Dr. Kozorovitskiy, “İlginç ve biraz da tuhaf görünüyordu” dedi. Hayvanların beyinlerini ve faaliyetlerini manipüle etmek için geliştirdikleri yeni bir araçla fenomenin daha fazla araştırılabileceğini düşündü.

Araçları, ayrı nöron gruplarını etkinleştirmek için bir hayvanın beynine yerleştirilen küçük bir LED ışığı kullanan bir teknik olan optogenetiği içerir. (Alglerden türetilen ışığa duyarlı bir proteini kodlayan bir gen, ilk önce ilgilenilen nöronlara, onları duyarlı hale getirmek için yerleştirilir.)

Ancak optogenetik ile sosyal davranışları incelemek tarihsel olarak zor olmuştu çünkü ışık kaynağı tipik olarak hayvanın normal davranışına müdahale eden fiber optik kablolarla hayvanın kafasına bağlanmıştı. Northwestern’de biyoelektronik konusunda uzmanlaşmış bir biyomedikal mühendisi olan John Rogers, implante edildikten sonra yakındaki bir bilgisayar tarafından uzaktan kontrol edilebilen küçük kablosuz cihazlar geliştirdi.

Dr. Rogers, “Her şey implante edildiği için, fareler doğal bir şekilde davranabilir ve birbirleriyle doğal olarak sosyal olarak etkileşime girebilirler” dedi. Fareleri kemirmek için “Karışan kablolarınız yok ve başa takılan donanım yok”.

Araç aynı zamanda araştırmacıların aynı anda birden çok cihazı ve birden çok hayvanı bağımsız olarak kontrol etmesine olanak tanıdı. Dr. Rogers ve Dr. Kozorovitskiy bunu test etmenin bir yolunu aramaya başladı. Dr. Kozorovitskiy, etkileşim halindeki farelerin medial prefrontal kortekste senkronlar ürettiğini gösteren Hücre çalışmasını görmüştü. Belki de, optogenetik cihazın ters ilişkiyi test edebileceğini düşündü: İki hayvanın beyni senkronize olsaydı, hayvanlar daha sosyal hale gelir miydi?

Bay Wu, geçen bahar gecenin geç saatlerinde keşfettiği gibi, cevap evet oldu. Sonuçlar, beyin senkronizasyonunun sosyal davranışın nedensel bir itici gücü olduğunu ve paylaşılan bir ortamda benzer aktiviteler gerçekleştiren veya benzer düşünceleri düşünen beyinlerin bir yan ürününden daha fazlası olduğunu öne sürebilir.

Ancak bilim adamlarının bu sonuca güvenle varabilmeleri için daha birçok deney yapılması gerekecek. İnsanlardaki neredeyse tüm veriler de belirsizdir: Sinirsel senkronizasyon davranışla sıkı bir şekilde bağlantılı gibi görünür, ancak bu, asıl nedenin bunun olduğu anlamına gelmez. Bu belirsizlik, birçok araştırmacının senkronizasyonun gerçekten önemli olup olmadığını merak etmesine neden oldu.

Danimarka Teknik Üniversitesi’nde bilişsel bilim insanı olan ve iki çalışma yapan Ivana Konvalinka, “Davranışlarımızı ve fizyolojik ritimlerimizi kendiliğinden senkronize ettiğimize dair çok sayıda kanıt var ve bunu yaptığımızda, daha fazla işbirliği yapıyoruz ve birbirimizi daha iyi seviyoruz” dedi. -kişi sinirbilim. Ancak, “Bu alanda çalışmamıza rağmen, beynimizin senkronize olduğu gerçeğinin herhangi bir işlevsel önemi olduğuna hala tam olarak ikna olmadım. ”

Yine de, beyinden beyne senkronizasyon sosyal etkileşimin gerçek bir itici gücü haline gelirse, örneğin sosyal anksiyete bozuklukları ile mücadele eden insanlar için bazı anlamlı uygulamalara sahip olabilir. Transkraniyal manyetik stimülasyon gibi çeşitli invazif olmayan teknikler, insanların beyin aktivitesini uyarabilir ve bir dizi psikiyatrik bozukluk için tedavi olarak test edilmektedir.

“Bu konuda çok kuralcı veya fantastik olmak istemiyorum, ancak insan sosyalliği yelpazesi çok geniş ve muhtemelen sosyallik düzeylerini etkilemek mümkün olsaydı umursamayacak bir grup insan var,” dedi Dr. Kozorovitskiy, birçoğumuzun bir barda arkadaşlarla her buluştuğumuzda bunu zaten yaptığımıza dikkat çekti.

Yine de, “Ne olduğunu daha iyi anlayana kadar bu tür deneyleri klinik bağlamda düşünmeye başlayamayız bile. “