În fiecare noapte, în miliarde de creiere, în interiorul craniilor mamiferelor și păsărilor, valuri lente de activitate trec în cascadă prin neuroni într-un ritm care s-a repetat de-a lungul mileniilor. Este bătaia comună a creierelor în somnul lor cel mai adânc.
Obișnuitatea și uniformitatea acestor „unde lente” vorbește despre o importanță profundă, spune cercetătorul HBP Maurizio Mattia de la Istituto Superiore di Sanità (NIH-ul italian) din Roma.
El descrie momentul în care și-a dat seama că acesta era un ritm comun în biologie. „Ca fizician, când am văzut acest lucru m-am gândit că nu este vorba de biologie, ci de fizică. M-am gândit că este absolut curios. Aceasta este amprenta a ceva care funcționează foarte, foarte bine. Ceva care este necesar în toate speciile și în întreaga evoluție.”
Undele lente apar atunci când creierul este în somn profund și au fost observate la mamifere și păsări, și posibil și la reptile. Mattia descrie undele ca fiind cascade de activitate care se deplasează prin creier cu un ritm consistent (aproximativ 1 Hz, la toate speciile).
Aceste oscilații ritmice au loc la nivelul unui singur neuron, dar când sunt observate prin creier prin iEEG (EEG intracranian) ele apar ca un val care se deplasează prin creier cu aproximativ 30 mm pe secundă.
„Ele nu sunt ca valurile pe care le vedeți în apă. Aveți un mediu excitabil, deci este ca un incendiu într-o pădure. Când porniți prima dată focul, acesta se va propaga ca un val, până când ați ars tot lemnul și apoi se va opri. Aceasta este ca perioada de inactivitate a creierului, dar pădurea crește din nou și atunci veți avea un nou val. Aceasta este ceea ce se întâmplă în creier. Acesta utilizează toate resursele disponibile pentru a declanșa potențialele de acțiune ale neuronilor, apoi aveți nevoie de o perioadă de recuperare. Foc și tăcere, foc și tăcere, foc și tăcere.”
Funcția și scopul complet al acestor unde lente nu sunt pe deplin înțelese, dar ele au în mod clar un rol important. Există tot mai multe dovezi că acest ritm este necesar pentru a reproduce un echilibru în creier. În timpul stării de veghe, creierul produce deșeuri, iar aceste unde par să curețe creierul, spune Mattia.
„Poți supraviețui fără să fii treaz, dar vei muri cu siguranță dacă nu dormi. Trebuie să ai aceste unde lente pentru a menține creierul într-o stare sănătoasă.”
Undele lente sunt, de asemenea, legate de memorie și de consolidarea învățării.
„Frontul de undă nu este un front de undă aleatoriu. El este definit de structura pe care o găsește în creier. Imaginați-vă mai mulți oameni care merg unul lângă altul de-a lungul unei plaje. Când unii găsesc nisip moale, vor merge mai încet, alții vor merge mai repede pe nisipul mai tare. Această diferență de teren va fi reprezentată în forma liniei oamenilor care merg.
„Deci, revenind la memorie, aceste unde lente urmăresc căile rețelei și întăresc aceste căi. Mai mult sau mai puțin.”
În acest sens, este aproape un fel de repetiție, similară învățării, care pare să întărească căile folosite în timpul zilei prin repetarea lor de mai multe ori.
Mattia descrie undele lente ca pe un fel de piatră de Rosetta a neuroștiinței, în care diferitele limbi sunt diferitele animale, iar conținutul este unda lentă. Acesta este motivul pentru care ele sunt utile, nu doar pentru înțelegerea creierului, ci și, poate, pentru a crea simulări ale creierului. Putem replica această trăsătură comună a tuturor creierelor într-o simulare?
„Încercăm să înțelegem în ce mod o anumită rețea de neuroni, in-silico sau in-vivo sunt capabili să creeze aceleași ritmuri și luând acest lucru în diferite contexte ne permite să construim o mașină care se poate comporta ca un creier real”, spune Mattia.
„Odată ce ați creat un creier in-silico care are aceste ritmuri, ei bine, acesta este un bun punct de plecare pentru a vedea cum se comportă atunci când este trezit.”
Maurizio Mattia lucrează în cadrul componentei Systems and Cognitive Neuroscience (Subproiect 3) din cadrul Human Brain Project.