Experiências ricas melhoram a conexão cerebral

resumo: Um novo estudo revela até que ponto as experiências podem afetar a conectividade cerebral. O estudo usou um neurochip com mais de 4.000 eletrodos para rastrear a atividade neural no cérebro de camundongos.

Os resultados mostraram que os camundongos que vivem em um ambiente enriquecido tinham neurônios significativamente mais interconectados do que aqueles que vivem em ambientes padrão. Essas descobertas não apenas fornecem informações sobre a plasticidade cerebral, mas também têm aplicações potenciais em inteligência artificial.

Principais fatos:

1. Uma equipe de pesquisadores usou um neurochip para monitorar a atividade neural no cérebro de camundongos e descobriu que o ambiente enriquecido melhorou significativamente a conectividade nos neurônios.
2. A pesquisa fornece uma compreensão inovadora da plasticidade cerebral e das redes neurais em larga escala.
3. As descobertas do estudo têm implicações potenciais para a inteligência artificial, pois os insights ajudam a informar novos algoritmos de aprendizado de máquina.

fonte: DZNE

Os efeitos dessas experiências na conectividade cerebral são conhecidos há algum tempo, mas um estudo inovador realizado por pesquisadores do Centro Alemão de Doenças Neurodegenerativas (DZNE) e da Universidade de Tecnologia TUD Dresden está mostrando o quão grandes esses efeitos realmente são.

As descobertas em camundongos fornecem informações sem precedentes sobre a complexidade das redes neurais em larga escala e a plasticidade cerebral. Além disso, eles poderiam abrir caminho para novos métodos de IA inspirados no cérebro.

As descobertas, baseadas na tecnologia inovadora “brain-on-a-chip”, foram publicadas no Scientific Journal Biossensores e Bioeletrônica.

Os pesquisadores de Dresden exploraram a questão de como a experiência rica afeta os circuitos cerebrais. Para isso, eles implantaram um chamado neurochip com mais de 4.000 eletrodos para detectar a atividade elétrica das células cerebrais. Esta plataforma inovadora permitiu registar o ‘disparo’ de milhares de neurónios em simultâneo.

A área examinada – muito menor que o tamanho de uma unha humana – cobria todo o hipocampo de um camundongo. Esta estrutura cerebral, compartilhada pelos humanos, desempenha um papel fundamental na aprendizagem e na memória, tornando-se um alvo primordial para demências como a doença de Alzheimer.

Em seu estudo, os cientistas compararam o tecido cerebral de camundongos, que foram criados de forma diferente. Enquanto um grupo de roedores foi criado em gaiolas padrão, que não forneciam nenhum estímulo especial, os outros grupos foram alojados em um “ambiente enriquecido” que incluía brinquedos reorganizáveis ​​e tubos de plástico semelhantes a labirintos.

“Os resultados excederam em muito as nossas expectativas”, disse o Dr. Haider Amin, principal cientista do estudo. Amin, especialista em neuroeletrônica e neurociência computacional, lidera um grupo de pesquisa no DZNE. Ele e sua equipe desenvolveram a tecnologia e as ferramentas de análise usadas neste estudo.

Simplificando, pode-se dizer que os neurônios em camundongos do ambiente enriquecido eram mais interconectados do que aqueles criados em alojamento normal.Não importa o parâmetro que olhamos, a experiência mais rica literalmente melhorou as conexões nas redes neurais.

“Essas descobertas sugerem que levar uma vida ativa e diversificada molda o cérebro em bases totalmente novas”.

Visão sem precedentes das redes cerebrais

O professor Gerd Kemperman, que co-liderou o estudo e tem trabalhado na questão de como a atividade física e cognitiva ajuda o cérebro a formar resiliência ao envelhecimento e às doenças neurodegenerativas, testemunha: “Tudo o que sabemos neste campo até agora foi extraído de estudos usando eletrodos ou técnicas simples.” Imagens como ressonância magnética.

“A resolução espaço-temporal dessas técnicas é muito mais grosseira do que nossa abordagem. Aqui podemos literalmente ver o circuito descendo até a escala de células individuais. Aplicamos ferramentas computacionais avançadas para extrair muitos detalhes sobre a dinâmica do rede no espaço e no tempo de nossas gravações.”

“Descobrimos uma riqueza de dados que demonstram os benefícios de um cérebro moldado por uma rica experiência. Isso abre caminho para a compreensão do papel da plasticidade e da formação de reservas na luta contra doenças neurodegenerativas, particularmente em relação a novas estratégias preventivas”, disse o professor Kemperman, que além de ser pesquisador do DZNE, também pertence ao Centro de Terapias de Rejuvenescimento de Dresden (CRTD) da TU Dresden.

“Além disso, isso ajudará a fornecer informações sobre os processos de doenças associados à neurodegeneração, como disfunções das redes cerebrais”.

potencial na inteligência artificial inspirada no cérebro

“Ao revelar como as experiências moldam a rede e a dinâmica do cérebro, não estamos apenas ultrapassando os limites da pesquisa cerebral”, diz o Dr. Amin.

“A inteligência artificial é inspirada em como o cérebro processa as informações. Assim, nossas ferramentas e os insights que permitem que elas sejam geradas podem abrir caminho para novos algoritmos de aprendizado de máquina.”

Sobre esta busca por notícias sobre neuroplasticidade

autor: Marcus Nitzert
fonte: DZNE
comunicação: Marcus Nitzert – DZNE
foto: Imagem creditada a Neuroscience News

Pesquisa original: acesso livre.
“Um biossensor baseado em CMOS de alta resolução para avaliar a dinâmica do circuito do hipocampo na plasticidade dependente de testePor Haider Amin et al. Biossensores e Bioeletrônica

um resumo

Um biossensor baseado em CMOS de alta resolução para avaliar a dinâmica do circuito do hipocampo na plasticidade dependente de teste

A riqueza experimental cria mudanças no nível do tecido e na plasticidade sináptica à medida que os padrões emergem da atividade espaço-temporal rítmica de grandes agregações neuronais interconectadas.

Apesar de muitas abordagens experimentais e computacionais em diferentes escalas, o efeito exato da experiência na dinâmica de computação no nível da rede permanece inacessível devido à falta de uma metodologia de pontuação amplamente aplicável.

Aqui demonstramos um circuito cerebral híbrido multissítio em grande escala em um biossensor baseado em CMOS com resolução espaço-temporal sem precedentes de 4.096 microeletrodos, permitindo avaliação eletrofisiológica simultânea em todo o hipocampo e sub-redes corticais de ratos em ambiente rico (ENR) e condições de controle. habitacional (SD).

Equipada com várias análises computacionais, nossa plataforma revela os efeitos do enriquecimento ambiental na dinâmica neural espaço-temporal local e global, sincronização de disparo, complexidade da rede topológica e rede neural em escala.

Nossos resultados identificam o papel distinto da experimentação anterior no aprimoramento da codificação multidimensional formada por conjuntos neurais, tolerância a falhas e resiliência a falhas aleatórias em comparação com condições padrão.

O alcance e a profundidade desses efeitos destacam o papel crítico dos biossensores de alta densidade e grande escala para fornecer uma nova compreensão da dinâmica computacional e do processamento de informações em condições de plasticidade fisiológica multimodal e dependente da experiência e seu papel nas funções cerebrais superiores.

O conhecimento dessas dinâmicas em larga escala pode inspirar o desenvolvimento de modelos computacionais biologicamente plausíveis e redes computacionais de IA e estender a computação neural inspirada no cérebro para novas aplicações.