חוקרים פיתחו מודל ממוחשב של קליפת המוח האנושית המקשר את הכימיה המיקרוסקופית שלו לדפוסי הפעילות של המוח, ומספק ראיות חדשות לכך שהבדלים אזוריים בצפיפות הקולטנים עוזרים לעצב את האופן שבו פעילות ומידע נעים על פני המוח.
המחקר פורסם ב- הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים (PNAS). הוא פותח באמצעות המוח הוירטואלי (TVB), פלטפורמת הדמיית מוח שלם בקוד פתוח המהווה חלק מתשתית המחקר של EBRAINS, ונתמכה בחלקה באמצעות פרויקט EBRAINS 2.0 ופרויקט התאום המוח הווירטואלי.
אחד האתגרים המרכזיים במדעי המוח הוא להבין כיצד תהליכים המתרחשים ברמה המולקולרית משפיעים על התנהגות המוח בכללותו. המחקר שלנו מספק דוגמה קונקרטית לאופן שבו אנחנו יכולים להתחיל לחבר את הסולמות השונות האלה בתוך אותה מסגרת חישובית."
לאונרדו דלה פורטה, חוקר במכון לחקירות ביו-רפואיות אוגוסט פי אי סונייר (IDIBAPS) והמחבר הראשון של המחקר
רוב דגמי המוח בקנה מידה גדול מפשטים דברים על ידי התייחסות לכל אזור בקליפת המוח כאילו הוא עובד באותו אופן. המודל החדש הזה נוקט בגישה שונה: הוא משלב מפות מפורטות של צפיפות קולטני האצטילכולין המוסקריני – יעד מרכזי של הנוירומודולטור אצטילכולין – על פני 68 אזורי מוח, בשכבות על הקשרים המבניים בפועל של המוח. בהדמיית מגוון מצבים, החל מערות ועד שינה, החוקרים מצאו שהטרוגניות המבוססת ביולוגית הזו הגבירה את התיאום בין אזורי המוח ושיפור זרימת המידע בהשוואה למודל שבו כל האזורים התנהגו באופן זהה.
"מודלים של מוח שלם מציעים למדעני מוח מערכות תובנה עמוקה לגבי ההשפעה הגלובלית של תופעות מקומיות, נותנים לנו הבנה טובה יותר של מנגנונים ויוצרים תחזיות הניתנות לבדיקה. מחקר זה הוא דוגמה להשפעה של הטרוגניות בין-אזורית על האופן שבו נוצרים מצבי מוח גלובליים ומקומיים", אומרת מריה V. Sanchez-Vives, חוקרת אחרונה ב-IDIBAPS.
המודל גם שיחזר באופן ספונטני תופעה שנראתה במוחות אמיתיים: גלים איטיים מקומיים דמויי שינה המופיעים באזורים מסוימים בעוד שאר הקורטקס נשאר במצב ער, שנצפה בעבר במהלך הפסקות קשב, חוסר שינה וסביב נגעים במוח.
הממצאים שופכים אור על האופן שבו פרטים ברמה המולקולרית יכולים לעצב באופן משמעותי את הפעילות בכל המוח, ומציעים מסגרת שהכותבים מציעים יכולה בסופו של דבר לעזור להסביר מעברי מצב במצבים כמו נגעים במוח או הפרעות תודעה.
העבודה מציעה גם כי נוירומודולטורים כגון אצטילכולין אינם פועלים באופן אחיד על פני המוח. במקום זאת, ההשפעות שלהם תלויות במקום שבו מרוכזים הקולטנים שלהם, כלומר אותו אות כימי יכול לייצר דינמיקה שונה של רשת באזורים שונים בקליפת המוח – ממצא שבשילוב עם הקישוריות המבנית הבסיסית, יכול לעזור למודלים עתידיים ללכוד כיצד המוח עובר בין ערות, שינה ומצבים משתנים.
