Частини мозку поза мережею, навіть коли ми прокидаємось

Нові дослідження показують, що частини мозку природним чином крутяться і вимикаються, навіть коли ми не спимо. Слідчі Стенфордського університету вважають, що це може призвести до втручань, щоб гарантувати, що ділянки мозку, які ми використовуємо, працюють в режимі он-лайн та працюють з максимальною потужністю.

Вчений пояснює, що коли ми перебуваємо в глибокому сні, діяльність нашого мозку спадає і тече великими, очевидними хвилями, як спостереження за тим, як приплив людських тіл піднімається і сідає навколо спортивного стадіону. Важко пропустити.

У новому дослідженні дослідники виявили, що існують такі самі цикли, як і уві сні, але лише в невеликих секціях, які сидять і стоять в унісон, а не на цілому стадіоні. Наче крихітні частини мозку самостійно засинають і весь час прокидаються.

Більше того, здається, що коли нейрони переходять у більш активний або “ввімкнений” стан, вони краще реагують на світ. Нейрони також проводять більше часу в включеному стані, звертаючи увагу на завдання. Цей висновок свідчить про те, що процеси, які регулюють мозкову діяльність уві сні, також можуть відігравати певну роль у увазі.

"Вибіркове увагу схоже на те, щоб зробити маленькі частини мозку трохи більш неспаними", - сказала Тетяна Енгель, доктор філософії, докторант та співавтор дослідження, нещодавно опубліковане в Наука.

Іншим співавтором є колишній аспірант Ніколас Штейнмец, який проводив нейрофізіологічні експерименти в лабораторії доктора Тірін Мур, професора нейробіології та одного зі старших авторів.

Розуміння цих нещодавно відкритих циклів вимагає знання трохи про те, як організований мозок.

Якби ти засунув шпильку прямо в мозок, усі клітини мозку, в які ти потрапив, реагували б на однакові речі. В одному стовпці всі вони можуть реагувати на об'єкти в певній частині поля зору - наприклад, у верхньому правому куті.

Команда використовувала набори дуже чутливих штифтів, які можуть реєструвати активність з колони нейронів мозку.

У минулому люди знали, що окремі нейрони проходять фази більш-менш активної діяльності, але за допомогою цього зонда вони вперше побачили, що всі нейрони в даній колонці циклічно рухалися між стрільбою дуже швидко, а потім стріляли в набагато повільніше, схоже на скоординовані цикли уві сні.

"Під час перебування в стані нейрони починають швидко стріляти", - сказала доктор Квабена Боахен, професор біоінженерії та електротехніки в Стенфорді та старший автор у роботі.

«Тоді раптом вони просто переходять на низький рівень стрільби. Це перемикання увімкнення та вимкнення відбувається постійно, ніби нейрони гортають монету, щоб вирішити, вмикати чи вимикати їх буде ”.

Ці цикли, що відбуваються за порядком секунд або частками секунд, були не такими помітними, коли прокидаються, оскільки хвиля не поширюється значно далі цього стовпа, на відміну від сну, коли хвиля поширюється майже на весь мозок і легко виявити.

Команда виявила, що стани вищої та нижчої активності пов'язані зі здатністю реагувати на світ.

Група провела зонд в області мозку у мавп, яка конкретно виявляє одну частину зорового світу. Мавп навчали звертати увагу на підказку, яка вказує на те, що щось у певній частині поля зору - правому верхньому, скажімо, або нижньому лівому - має трохи змінитися. Потім мавпи отримували ласощі, якщо вони правильно визначили, що бачили цю зміну.

Коли команда підказала, де можуть відбутися зміни, нейрони всередині колони, яка відчуває цю частину світу, почали проводити більше часу в активному стані.

По суті, всі вони продовжували гортати між штатами в унісон, але вони проводили більше часу в активному стані, якщо на це звертали увагу. Якщо зміна подразника наставала, коли клітини перебували в більш активному стані, мавпа також з більшою ймовірністю правильно визначила зміну.

"Мавпа дуже добре виявляє зміни стимулів, коли нейрони в цій колонці перебувають у включеному стані, але не у вимкненому", - сказав Енгель. Навіть коли мавпа знала звертати увагу на певну область, якщо нейрони переходили до нижчого стану активності, мавпа часто пропускала зміну стимулу.

Енгель сказав, що ця знахідка може бути знайомою багатьом людям. Іноді вам здається, що ви звертаєте увагу, - зазначила вона, - але ви все одно пропустите щось.

Вчені заявили, що висновки також стосуються попередньої роботи, яка показала, що більш пильні тварини та люди, як правило, мають зіниці, які є більш розширеними.

У поточній роботі, коли клітини мозку проводили більше часу в активному стані, зіниці мавпи також були більш розширеними. Отримані дані демонструють взаємодію між синхронними коливаннями в мозку, увагою до завдання та зовнішніми ознаками настороженості.

"Здається, механізми, що лежать в основі уваги та збудження, досить взаємозалежні", - сказав Мур.

Дослідження викликає нові запитання.

Дослідники кажуть, що одне дослідження, яке випливає з цієї роботи, полягає в тому, чому нейрони переходять у нижчий стан активності, коли ми прокидаємось. Чому б не просто постійно залишатися в більш активному стані?

Одна відповідь могла стосуватися енергетики. "Існує метаболічна ціна, пов’язана з тим, що нейрони постійно вистрілюють", - сказав Боахен. Мозок використовує багато енергії, і, можливо, надання клітинам шанс зробити енергетичний еквівалент присідання дозволяє мозку економити енергію.

Крім того, коли нейрони дуже активні, вони генерують клітинні побічні продукти, які можуть пошкодити клітини. Енгель зазначив, що низькоактивні стани можуть дати час очистити ці нейронні відходи. "Цей документ пропонує місця для пошуку цих відповідей", - сказав Енгель.

Джерело: Стенфордський університет