Когда мы говорим, что нейронные группы в мозге контактируют друг с другом, это не значит, что взаимодействие продолжается непрерывно на протяжении всей жизни. Какие-то операции участок мозга выполняет сам, какие-то — вместе с другими зонами, причём набор таких помощников может меняться от задачи к задаче. Понятно, что тут есть механизм, который в нужное время открывает канал связи между разными нейронными департаментами и закрывает его, когда группа нейронов должна подумать сама и не заваливать окружающих ненужной информацией. Но что это за механизм? 

Нейрон моторной коры (фото neurollero). На этот вопрос попробовали ответить исследователи из Стэнфордского университета (США). Лаборатория Кришны Шеноя (Krishna Shenoy) была одной из первых, где смогли оценить активность групп нейронов как единых функциональных единиц, и теперь её сотрудники попытались своими методами рассмотреть, что происходит в мозге, когда нам приходит в голову пошевелить рукой. Исследования, однако, проводились не на людях, а на обезьянах, специально обученных разделять намерение и движение. То есть, когда обезьяна собиралась двинуть рукой, она делала короткую паузу. Нейроны постоянно генерируют сигналы, и учёным нужно было как-то отличить сигналы, которые соответствовали подготовке к движению, от собственно команды к нему. Предполагалось, что это можно сделать с помощью специально обученных приматов.

В ходе опыта снимали показания трёх зон: мышц и каждой из двух зон моторной коры, контролировавшей движение руки. Каждая из этих моторных зон насчитывает более 20 млн нейронов, но отследить их все, понятно, сейчас невозможно, так что нейробиологи выбрали 100–200 «представителей» в каждой из областей. Измерения проводились на двух уровнях: отдельно оценивалась активность нейронов, как быстро или медленно они дают сигнал, и отдельно анализировался рисунок активности сразу многих нейронов. Суммируя данные, можно было сказать, как нейроны действуют коллективно и как их индивидуальная активность соотносится с командной работой. 

В журнале Nature Neuroscience г-н Шеной и его коллеги пишут, что во время подготовки к движению у множества нейронов в обеих зонах двигательной коры происходили сильные изменения в активности. Однако никакого движения не наблюдалось — потому что нейроны работали в некоторым смысле вразнобой: пока одни генерировали сигнал быстро, другие запаздывали и пускали импульс после первых. Но такой разнобой приводил к тому, что до мышцы доходил стабильный поток импульсов, постоянное неизменное сообщение. 

Но когда приходила пора дать сигнал к движению, активность снова менялась — и количественно, и качественно: импульсы от многих нервных клеток становились согласованными друг с другом. То, какой рисунок активности соответствует внутренним «размышлениям» моторной коры, а какой является непосредственным сигналом к действию, удалось понять, сопоставив данные коры с сигналами, которые приходили к мышце, и с активностью самой мышцы. 

Итак, моторная кора поддерживает в себе «двигательную» активность, но при этом не беспокоит мышцы без нужды, не заставляет их реагировать на всё, что происходит в самой коре. И всё это благодаря настройке совместной работы нейронов: когда нужно отправить сигнал за пределы нейронной зоны, импульсы клеток количественно и качественно согласовываются между собой. Стоит подчеркнуть, что в любом случае импульсы из участка коры выходят наружу, но они могут либо восприниматься мышцами как прямое обращение и команда к действию, либо нет. 

Конечно, тут можно сказать, что исследователи рассматривали не разные зоны мозга (как говорится в названии заметки), а общение участка коры с мышцей. Но авторы утверждают, что такой механизм переоформления сообщений может быть универсальным и работать не только для моторной коры и мышц, но и для любых других корковых центров.

У полученных результатов есть и практическое измерение: они, несомненно, могут пригодиться в разработке искусственных конечностей и вообще нейроэлектронных систем.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Мы можем узнать звуки речи независимо от того, кто и как их говорит: громко, тихо, растягивая слова или, наоборот, торопливо. «Б» мы услышим как «б», а «п» как «п» при любой дикции (разумеется, особо клинические случаи не в счёт). Отсюда можно сделать вывод, что в нашем мозге, вероятно, есть особая система, которая различает такие элементарные речевые единицы. Осталось только эту систему найти. 

Речевые центры мозга: зона Брока (синяя) и зона Вернике (зелёная) (иллюстрация Shutterstock). Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (США) воспользовались случаем и провели соответствующие эксперименты с шестью пациентами, которые ожидали операцию на мозге в связи с эпилепсией. (Кажется, эпилептикам грозит звание «рабочих лошадок биологии» — по аналогии с дрозофилами, рыбками Danio rerio и проч., да простят нам читатели столь неполикорректное сравнение.) Во время предоперационной подготовки в мозг испытуемым вводили имплантат с электродами, чтобы следить за активностью нейронов речевого анализатора. Затем пациентам давали прослушать 500 предложений в исполнении 400 людей, так что человек мог услышать полный набор звуков американского английского. 

Когда Эдвард Чанг (Edward F. Chang) и его коллеги сравнили звуки речи с сигналами мозга, они обнаружили, что одинаковые акустические характеристики вызывают одинаковый нейронный ответ в зоне Вернике, одной из речевых зон мозга. Например, среди согласных есть так называемые взрывные, которые характеризуются одинаковой манерой произношения и обладают рядом общих звуковых черт. Вот именно такие общие характеристики, объединяющие согласные — взрывные, фрикативные или сонорные, — и регистрировали нейроны зоны Вернике. Благодаря этому умению мозга различать систематические признаки звуков речи мы можем узнать звук «б» независимо от особенностей дикции говорящего.

 Разумеется, мозг способен различать и отдельно взятые звуки, но в данном случае речь идёт о нейронных кластерах, которые сильнее реагируют именно на классовые признаки речевых звуков и не обращают внимания на индивидуальные отличия «б» от «д». Похожая вещь есть и у обезьян, так что те, кто занимается проблемой возникновения речи, получили новую пищу для размышлений. С практической же точки зрения эти данные, возможно, помогут в лечении речевых расстройств. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Когда мы слышим визг автомобильных тормозов, внутри всё у нас инстинктивно сжимается в ожидании звука столкновения. Понятно, что в нашей памяти хранится и звук тормозов, и звук столкновения, но этого мало: наш мозг как-то помнит, что одно предшествует другому, что эти два события связаны неким временным интервалом. Такое представление о последовательности, о времени — один из важнейших компонентов памяти; всю событийную, эпизодическую память можно описать тремя словами: что, где и когда. Но как этот параметр записывается в память? Как мозг ставит на событиях временные вехи? 

Срез через гиппокамп мыши: островковые клетки, тянущиеся из энторинальной коры в СА1-область гиппокампа, окрашены зелёным. (Фото Takashi Kitamura / MIT.) За координацию «что», «где» и «когда», в мозге отвечает гиппокамп — один из главных центров памяти вообще. При формировании эпизодической памяти гиппокамп связывается с энторинальной корой, которая служит для него сенсорным «хабом», направляя в него визуальную, слуховую и тому подобную информацию. О том, как предмет связывается с пространством, как «что» контактирует с «где», учёные успели узнать довольно много: тут задействованы так называемые нейроны места, которые включаются, когда индивидуум попадает в то или иное место и когда его вспоминает. Но вот насчёт временной связи в памяти в наших знаниях оставался большой пробел.

Ответить на этот вопрос попытались исследователи из Массачусетского технологического института (США). Судзуми Тонегаве (Susumu Tonegawa) и его коллегам удалось найти специальную нейронную цепочку, которая обеспечивает временную связь между двумя эпизодами. Эксперименты ставились на мышах: животных учили бояться звукового сигнала, который был предвестником удара электрическим током, следовавшим через 20 секунд после сигнала. Эта нейронная цепь связывает СА1-область гиппокампа с одним из слоёв энторинальной коры, и три года назад учёным удалось показать, что если эту цепь разорвать, то мыши так и не научатся бояться звука, то есть связь между звуком и электрошоком у них не возникнет. 

В новой статье, опубликованной в Science, группа г-на Тонегавы описывает новую нейронную цепь, которая тормозит работу предыдущей, связывающей энторинальную кору с гиппокампом. Тормозящая цепь начинается с особых нейронов, которые образуют островки в одном из слоёв энторинальной коры (клетки эти были названы островковыми, и до сих пор на них опять же никто не обращал внимания). Эти островковые клетки посылают сигнал в ту же СА1-область гиппокампа, что и первая цепь, но «островковый» сигнал оказывается тормозящим, и те нейроны в СА1, которые возбуждались от первой цепи, от второй, наоборот, успокаиваются. 

С помощью оптогенетических методов учёные показали, как эти две нервные цепочки взаимодействуют. В норме у мышей максимальный временной промежуток между событиями равнялся 20 секундам: если второе событие случалось позже, то взаимосвязи между первым и вторым не возникало. Однако исследователям удалось искусственно увеличить этот промежуток, стимулируя тот слой энторинальной коры, из которого в гиппокамп шла возбуждающая нейронная цепь, или подавляя активность того слоя, из которого выходила тормозящая цепь. И наоборот: временной промежуток между событиями можно было уменьшить, простимулировав подавляющую цепь и подавив активирующую. 

То есть эти две цепочки вместе определяют временное окно, в котором два события могут быть связаны друг с другом. Чем дольше активна СА1-область гиппокампа, тем выше вероятность, что последовательная связь образуется с одним, другим, третьим событием. Понятно, какие неприятности могут нас ждать, если перестимулированный гиппокамп начнёт видеть взаимосвязанную последовательность между всеми эпизодами, которые в него попадают (хотя у некоторых людей, надо заметить, всё именно так и происходит: у них всё, знаете ли, взаимосвязано). И вторая (тормозящая) цепь служит тут необходимым ограничителем. 

Заметим, однако, что этот феномен исследовался на примере довольно простых сенсорных восприятий вроде «Мы видим молнию, потом слышим гром». Но последовательность памяти складывается из разных кусков, больших и малых: мы же помним, например, что за зимой наступает весна и что после школы мы пошли в институт. Возможно, для осмысления последовательности таких блоков информации в мозге существуют какие-то дополнительные системы (хотя они могут строиться на базе этих же цепочек, которые мы описали выше). 

Напоследок добавим, что нобелевский лауреат Судзуми Тонегава, который работает ещё и в японском Институте физико-химических исследований RIKEN, не в первый раз возникает в наших новостях: не так давно мы сообщали о нейромолекулярной модели шизофрении, с помощью которой г-н Тонегава и его группа попробовали связать воедино многочисленные симптомы этой болезни.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА