Скрытые импульсы в мозге могут удерживать мысли в целостности

Фото из открытых источников

Когда вы узнаёте знакомое лицо, ваш мозг должен связать это лицо с именем, местом и, возможно, воспоминанием. Эти фрагменты информации не обязательно обрабатываются в одном и том же отделе мозга. Тем не менее, они так плавно соединяются, что вы воспринимаете их как единую мысль. Возможно, ученые нашли один из способов, с помощью которого мозгу удается проделывать этот трюк.

Новое исследование предполагает, что отдаленные участки мозга на короткое время переходят в один и тот же ритм, когда мы удерживаем и извлекаем информацию. В эти мимолетные моменты их клетки с большей вероятностью посылают сигналы вместе, что потенциально позволяет объединить отдельные части мысли.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience и проведенном под руководством медицинского ученого Ильи Вержбинского и нейробиолога Эрика Халгрена из Калифорнийского университета в Сан-Диего, были изучены записи мозговой активности 35 человек, находящихся под наблюдением в связи с резистентной к лечению эпилепсией.

«Возможно, „синхронная стрельба“ — это основная «валюта» мозга для связывания информации», - говорит Илья Вержбинский.

У этих пациентов уже были имплантированы электроды в мозг по медицинским показаниям. Это дало исследователям редкую возможность прослушать электрическую активность отдельных клеток мозга во время выполнения участниками теста на память.

Им показывали одно или три изображения и просили запомнить их на несколько секунд. Затем они должны были решить, входило ли другое изображение в первоначальную группу.

Исследователей особенно интересовали крайне короткие всплески электрической активности, называемые пульсациями.

«Риппл — это очень короткий всплеск ритмических колебаний возбудимости нейронов — примерно 90 циклов в секунду, длящийся всего около десятой доли секунды», — сказал Вержбинский.

Проще говоря, небольшая группа клеток головного мозга внезапно становится очень активной и начинает двигаться в одном и том же быстром ритме. Всё событие заканчивается практически сразу после начала.

В ходе 43 сеансов записи исследователи отслеживали активность 1373 клеток головного мозга. Они обнаружили, что волны часто появлялись одновременно в двух отдаленных областях мозга.

В таких случаях вероятность того, что клетки в этих областях будут передавать сигналы одновременно, увеличивалась примерно на 30 процентов. В некоторых частях задачи это увеличение достигало 49 процентов.

Это может помочь объяснить, как информация, хранящаяся в разных отделах мозга, может объединяться в единое целое.

Лицо может обрабатываться в одном месте, имя — в другом, а место встречи с этим человеком — где-то ещё. Общий ритм может на короткое время установить связь между этими местами, позволяя им работать как единая команда.

«Это важно, потому что „совместная активация“ может быть основной системой обмена информацией в мозге», — сказал Вержбинский.

Самым удивительным результатом стало то, насколько далеко распространилась эта координация. Общие волны связывали области, разделенные расстоянием до 220 миллиметров, и даже распространялись на две половины мозга.

Обычно прямые связи между областями мозга становятся менее частыми по мере увеличения расстояния между ними. Если бы эти связи зависели только от прямых соединений, их координация должна была бы ослабевать на больших расстояниях. Но этого не произошло.

Результаты показывают, что для такой координации, возможно, не требуется какой-либо один регион мозга, выступающий в роли дирижера. Вместо этого эффект может напоминать ситуацию, когда толпа постепенно начинает хлопать в такт музыке без какого-либо руководства.

Ритм также становился более выраженным по мере усложнения задачи на запоминание. Когда участники запоминали три изображения вместо одного, скоординированная передача сигналов возрастала примерно на 13 процентов, пока они удерживали изображения в памяти, и на 19 процентов, когда они пытались распознать одно из них.

Клетки, которые посылали сигналы одновременно при первом просмотре изображения, также с большей вероятностью повторяли эту закономерность при повторном появлении того же изображения. Участники, как правило, быстрее распознавали изображение в таких случаях.

Предыдущие исследования связывали подобные эффекты с воспроизведением и хранением воспоминаний. Одно из недавних исследований, показало, что даже одна тренировка может изменить связанные с памятью эффекты в человеческом мозге.

Новые данные свидетельствуют о том, что эти короткие ритмы могут также помогать мозгу удерживать мысль в целостном виде, пока мы активно её используем.

Однако исследование не доказывает, что пульсации привели к более быстрому распознаванию. Исследователи наблюдали за сигналами, но не включали и не выключали их, чтобы посмотреть, как изменится память.

Все участники страдали тяжелой формой эпилепсии, и электроды располагались в соответствии с их медицинскими потребностями. Это означало, что исследовать можно было только отдельные участки их мозга. В эксперименте проверялся только один тип задач на запоминание.

Вержбинский заявил, что преждевременно рассматривать эти сигналы в качестве мишени для лечения заболеваний, влияющих на память или мышление. Исследователям сначала необходимо выяснить, происходит ли подобная активность в здоровом мозге и влияет ли ее нарушение на память.

На данный момент результаты открывают убедительную возможность: мысль может ощущаться цельной, потому что отдаленные участки мозга на короткое время улавливают тот же ритм.