Co dzieje się w mózgu człowieka tuż przed wypowiedzeniem słowa? Naukowcy PG współautorami artykułu w „Nature Communications”

W krótkim ułamku sekundy poprzedzającym przypomnienie sobie słowa – nawet tak prostego jak „jabłko” czy „dom” – w mózgu zachodzą bardzo złożone procesy poznawcze. W tym czasie różne obszary mózgu współpracują, aby odnaleźć i odtworzyć właściwą informację. Proces ten polega na łączeniu rozproszonych fragmentów pamięci, takich jak znaczenie słowa, jego brzmienie czy skojarzenia, w jedną spójną całość. Dzięki temu możliwe jest szybkie i efektywne przywołanie konkretnego wspomnienia lub pojęcia.

– W naszym nowym badaniu, opublikowanym właśnie w „Nature Communications”, pokazujemy, jak cząstkowa integracja informacji wpływa na pamięć i funkcje poznawcze. Dzięki niezwykłym nagraniom z wnętrza żywego ludzkiego mózgu zaczynamy dokładnie rozumieć, jak przebiega ta komunikacja na dużą skalę – mówi dr hab. Michał Kucewicz, prof. PG, kierownik Laboratorium Elektrofizjologii Mózgu i Umysłu w Centrum BioTechMed PG.

Zespół skupił się na osobach chorujących na epilepsję lekooporną. Pacjentom wszczepiono elektrody służące do lokalizacji źródeł napadów, co stworzyło wyjątkową okazję do rejestrowania aktywności mózgu podczas codziennych czynności umysłowych. 

W trakcie badania pacjenci wykonywali zadania pamięciowe, używając prostych rzeczowników.

–  Dane ujawniają coś niezwykłego: szybkie fale mózgowe (znane jako oscylacje o wysokiej częstotliwości HFO) pojawiają się jednocześnie w obszarach czuciowych i kojarzeniowych mózgu, gdy wspomnienia są kodowane i przywoływane – opowiada prof. Kucewicz. 

Nasi naukowcy zauważyli, że przypomnienie sobie nawet najprostszego słowa to nie tylko małe, lokalne zdarzenie, lecz zjawisko globalne. W trakcie odtwarzania informacji dochodzi do zsynchronizowanej aktywności obejmującej około połowę wszystkich rejestrowanych obszarów w mózgu. Ta zsynchronizowana aktywność mózgu łączy obszary czuciowe, takie jak wzrok z obszarami poznawczymi wyższego rzędu we wszystkich pięciu płatach kory mózgowej.

Co więcej podczas swobodnego przypominania sobie słowa prawdopodobieństwo wystąpienia tych skoordynowanych impulsów gwałtownie wzrasta około 300 milisekund zanim dana osoba zacznie mówić, osiągając szczyt tuż przed rozpoczęciem wymawiania słowa. To tak, jakby obserwować mózg przygotowujący się do podzielenia się myślą.

Powiązania w mózgu uruchamiają się w uporządkowanej, kaskadowej sekwencji, gdzie jedna sieć aktywuje kolejną – gdy mózg odczytuje słowo i powiązane z nim koncepcje. Kaskada takiej globalnej synchronizacji mózgu może być mechanizmem wywoływania kolejnych pojęć w toku myślenia lub strumieniu świadomości.

Opisane w artykule badania są wynikiem projektu "HFO-MEMO" w grancie Opus LAP Narodowego Centrum Nauki przyznanego dr. hab. Michałowi Kucewiczowi we współpracy z badaczami z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu oraz z St. Anne's University Hospital w Brnie.

Współautorami pracy są naukowcy z Katedry Systemów Multimedialnych PG: prof. Andrzej Czyżewski, dr hab. Michał Kucewicz, prof. PG, dr Jesus Garcia-Salinas oraz doktoranci: Sathwik Prathapagiri i Marina Skierkowska (Galanina). 

Przeczytaj artykuł 

O „Nature Communications”

Nature Communications to główne czasopismo Open Access z grupy wydawniczej Nature – recenzowanego brytyjskiego tygodnika naukowego założonego w 1869 r. przez Normana Lockyera; obecnie wydawcą jest Springer Nature. Publikuje przełomowe wyniki badań ze wszystkich dziedzin nauk przyrodniczych, a jego artykuły należą do najczęściej cytowanych na świecie. To czasopismo, podobnie jak samo "Nature" czy amerykański odpowiednik „Science” należy do czołówki periodyków o najwyższym współczynniku wpływu.