Entwirrung des Gehirns life-support-Netzwerk

Der Teil des Gehirns, bekannt als der hypothalamus ist klein aber fein—es regelt grundlegende Verhaltensweisen und Physiologie sind notwendig für das überleben. Dazu gehören Essen und trinken, sexuelle und defensive Verhaltensweisen, Schlaf -, und der physiologischen Kontrolle über Dinge wie die Körpertemperatur, den Wasserhaushalt und den Reaktionen des Körpers auf stress.

Ein USC Dornsife-führte Studie, veröffentlicht in der Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften am 25. März, hat die erste Globale Netzwerk-Modell—basierend auf einem sehr detaillierten Netzwerk-Karte—die inneren Zusammenhänge des hypothalamus. Dies ist unter den wichtigsten Teil des Gehirns, wie es das Leben unterstützt in allen Säugetieren, sowie Fische, Vögel und viele andere Tiere.

Die Studie ist Teil einer Laufenden Aufwand zu bestimmen, die strukturelle Organisation des Säuger-Nervensystems, die das bezeichnen Wissenschaftler als „Die Neurome Projekt.“

Das Projekt ist eine bahnbrechende Bemühung um ein besseres Verständnis für das Gehirn, das komplexeste biologische Struktur im bekannten Universum. Die Wissenschaftler, die Bemühungen der Fokus derzeit auf dem Abschluss ein Modell des säugetier-Gehirns, das auf der Basis der verbindungen seiner grauen Substanz Regionen.

Schließlich möchten Sie erweitern das Modell um die verbindungen zwischen dem gesamten Nervensystem und den Körper, zusammen genannt die „neurome.“ Solch eine Leistung, kombiniert mit Netzwerk-Karten für die verschiedenen Typen von Gehirnzellen, würde revolutionieren die Forschung in einer Vielzahl von Disziplinen, von der Psychologie zur Medizin.

Zum erstellen des Netzwerk-Modells des hypothalamus, führten die Wissenschaftler eine genaue Analyse der Verbindungsdaten für jede der 65 identifiziert hypothalamischen Regionen und über 40 Jahren der Hirnforschung. Computer Analyse dieser Daten ergab eine hierarchische Organisation, die sich aus Teilnetzen des 65 Regionen des hypothalamus auf jeder Seite des Gehirns.

Aus 16,770 möglich, verbindungen innerhalb und zwischen den 65 Regionen auf jeder Seite des hypothalamus, der das dataset zusammengestellt von Hahn und seine Kollegen zeigten, dass fast 8.000 von Ihnen gibt.

„Dies zeigt, dass der hypothalamus hat eine bemerkenswert stark vernetzten internen Netzwerk“, sagt Joel Hahn, Assistenzprofessor (Forschung) der biologischen Wissenschaften an der USC Dornsife College of Letters, Künste und Wissenschaften und der Studie führen Autor.

Die computer-Analyse des Netzwerks zeigte auch, dass zwei high-level-Teilnetze, die auf jeder Seite des Gehirns, verknüpft sind prominent mit der Kontrolle entweder das Verhalten oder die Körper-Physiologie. (siehe Grafik)

Darüber hinaus werden die meisten stark vernetzten Regionen oder hubs, wurden in der Physiologie-related control-Netzwerk. Hahn sagt in dieser Organisation deutet darauf hin, dass der hypothalamus priorisieren physiologischen über die Verhaltenssteuerung.

„Diese Organisation macht Sinn aus survival-Sicht, denn das Verhalten hängt von der Lage Körper“, sagt er.

Der Wissenschaftler untersuchte auch die untere Ebene Teilnetze, die offenbart neuartige Assoziationen, die relevant sein könnten, um mehrere Krankheiten, einschließlich neurodegenerativer Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit und Verhaltens-Störungen, die Auswirkungen auf eine oder mehrere der Funktionen, in denen der hypothalamus spielt eine zentrale Rolle.

Schließlich entwickelten Sie das Modell, das Wissenschaftler auch eine weitere Entdeckung gemacht: die Übertragung der neuronalen Signale im hypothalamus scheint geprägt zu sein durch neuronale Hemmung.

Die Wissenschaftler machten die Entdeckung, wie Sie analysierten genetische Marker für inhibitorische und exzitatorische (stimulierende) neurotransmission. Zuerst entwickelten Sie eine Karte von Erregung und Hemmung in der gesamten hypothalamus. Dann verglichen Sie die Karte, um die neue Netzwerk-Modell.

Sie fanden heraus, dass neuronale Hemmung ist am stärksten im Zusammenhang mit der höchst angeschlossenen Netzwerk-Knoten (hubs) des hypothalamus. Hahn sagt, dass dies deutet darauf hin, dass insgesamt der hypothalamus ist zurückhaltend, aber bereit für action.

Er vergleicht es zu einem Wasser hinter einem Damm veröffentlicht durch öffnen oder schließen der Schleusen.