Pod zewnętrzną, pomarszczoną korą mózgu znajduje się głęboko tajemniczy obszar, znany jako claustrum. Od dawna wiadomo, że region ten wymienia sygnały z większością kory mózgowej, która jest odpowiedzialna za wyższe rozumowanie i złożone myślenie. Ze względu na rozległe powiązania klaustrum, legendarny naukowiec, dr Francis Crick, znany z odkrywania DNA, po raz pierwszy postulował w 2005 r., że klaustrum jest siedliskiem świadomości. Innymi słowy, obszar mózgu umożliwiający świadomość świata i nas samych.
Naukowcy z University of Maryland School of Medicine twierdzą jednak, że Crick mógł się mylić: opracowali nową teorię – opartą na danych – że claustrum zachowuje się bardziej jak szybki router internetowy, przyjmując polecenia wykonawcze z „głównych” obszarów kory mózgowej, które tworzą złożone myśli w celu generowania „sieci” w korze mózgowej. Działając jak router, claustrum koordynuje te sieci, aby współpracowały ze sobą w celu wykonania wielu różnych wymagających poznawczo zadań, które wykonujemy z chwili na chwilę w życiu codziennym.
Zrozumienie, w jaki sposób mózg tworzy i koordynuje te sieci w korze poprzez klaustrum, jest ważne, ponieważ zdezorganizowane sieci są typową cechą wielu zaburzeń, takich jak uzależnienia, choroba Alzheimera i schizofrenia. Ta wiedza może pomóc w opracowaniu lepszych terapii w celu rozwiązania dysfunkcji poznawczych w tych zaburzeniach.
„Mózg jest najbardziej złożonym systemem w znanym wszechświecie. To właśnie te oparte na danych postępy teoretyczne napędzają naszą wiedzę w kierunku wykorzystania tej złożoności do poprawy ludzkiego życia” – powiedział dr Brian Mathur, profesor nadzwyczajny farmakologii na UMSOM. „Jako najbardziej połączona struktura w mózgu, claustrum jest oknem na zagadkę mózgu, umysłu”.
Ich nowe odkrycia i hipotezy zostały opublikowane 30 września 2022 r. w Trends In Cognitive Sciences.
W celu dokładnego określenia roli claustrum dr Mathur i jego współpracownicy przeprowadzili szereg eksperymentów zarówno na zwierzętach, jak i na ludziach. W jednym eksperymencie wykorzystano nowoczesne podejścia neurobiologiczne, aby wyłączyć klaustrum u przytomnych myszy. Myszy te nie traciły przytomności i biegały normalnie. Jeden cios przeciwko teorii Cricka!
Następnie naukowcy dali myszom proste lub trudne poznawczo zadanie i porównali, jak zareagowały, gdy klaustrum zostało wyłączone. Zwykle mysz może wykonywać zarówno proste, jak i trudne zadania. Jednak kiedy naukowcy wyłączyli claustrum, myszy nie mogły już wykonywać tego trudnego zadania.
Zastanawiając się, czy to odkrycie ma jakiekolwiek znaczenie dla ludzi, dr Mathur współpracował ze swoimi kolegami, dr Davidem Seminowiczem, profesorem neuronauki i nauk o bólu w Szkole Stomatologii UM, oraz dr Fredem Barrettem, profesorem nadzwyczajnym psychiatrii i nauk behawioralnych w Johns. Szkoła Medyczna Uniwersytetu Hopkinsa. Cała trójka zorganizowała badanie badawcze, w którym przeprowadzili funkcjonalne skany mózgu MRI na zdrowych ochotnikach, którzy byli zaangażowani w proste lub skomplikowane zadania umysłowe. Badacze zaobserwowali, że ich klaustrum „zapaliło się” dopiero podczas wykonywania trudnej wersji zadania. Zdarzenie to zbiegło się w czasie z aktywacją sieci w korze zaangażowanej w optymalną wydajność poznawczą. Uderz dwa przeciwko teorii świadomości Cricka!
Dr Mathur powiedział, że uderzenie trzecie nastąpi, gdy dodatkowe eksperymenty potwierdzą ich teorię funkcji claustrum. Czyniąc to, dr Mathur i jego współpracownicy starają się teraz zrozumieć, w jaki sposób claustrum uczy się i dostosowuje do orkiestracji sieci w korze mózgowej, aby wspomóc funkcje poznawcze.
„Zrozumienie, w jaki sposób mózg elastycznie tworzy i koordynuje te sieci – poprzez klaustrum – jest niezbędne do leczenia osłabienia funkcji poznawczych, które ma miejsce w przypadku uzależnienia, choroby Alzheimera i schizofrenii” – powiedział dr Mark T. Gladwin, wiceprezes ds. medycznych na University of Maryland, Baltimore oraz John Z. i Akiko K. Bowers Distinguished Professor i Dean UMSOM.
Dr Mathur dodał: „Nasza hipoteza zapewnia nam bardzo potrzebne ramy koncepcyjne do opracowania nowych strategii terapeutycznych”.
Badanie zostało sfinansowane przez Narodowy Instytut ds. Nadużywania Alkoholu i Alkoholizmu NIH (dotacja R01AA028070).
Dr Barrett jest członkiem naukowej rady doradczej Wavepaths, Ltd. oraz doradcą naukowym Mindstate Design Labs, Inc.