Сочетание прогнозирующих математических моделей и лабораторных экспериментов, проведенных Международной школой передовых исследований (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, SISSA, Италия) пролило свет на несколько механизмов, стоящих за явлением кодирования информации, - пишет eurekalert.org.
По словам ученых, наш мозг работает «как книга, в которой отдельные страницы несут небольшие части общего текста, или как группа людей, которые насвистывают очень похожую мелодию». Это феномен «взаимосвязи», при котором отдельные нейроны не всегда действуют как независимые единицы в получении и передаче информации, а часто как группа людей с похожими и одновременными действиями. Наблюдая за электрической активностью этих клеток в лаборатории, вместе с использованием компьютеризированных математических моделей группа исследователей во главе с профессором Микеле Джулиано из SISSA впервые пролила свет на клеточные механизмы, лежащие в основе этих корреляций. В ходе исследования ученые исследовали возбуждающие нейроны, предназначенные для стимулирования электрической активности других нейронов, и тормозные нейроны, предназначенные для подавления их активности. «Наше открытие говорит нам, что возбуждающие клетки предпочитают индивидуальность и не обмениваются между собой большим количеством сообщений, в то время как ингибирующие клетки действуют вместе как единое целое. Это позволяет нам добавить новую информацию к пониманию того, как нейроны организуют информацию в мозге. «Информация всегда представлена электрической активностью групп клеток», - объясняет профессор Джульяно.
Исследование, поясняют авторы, было проведено с использованием комбинации математических моделей, предназначенных для прогнозирования электрического поведения нейронов, и непосредственных наблюдений, проведенных на нейронах в лаборатории. Это очень интересный комплексный подход по разным причинам. Джульяно объясняет: «Сопровождение экспериментального открытия теорией усиливает его влияние. Более того, поскольку наши модели максимально просты, мы можем сосредоточить наше понимание на биологических механизмах, а не на описании исключительно их эффекта. Этот подход стоит за текущим прогрессом в нейробиологии и открывает очень интересные направления исследований в области исследований мозга».
Избыточность электрической активности нейронов коры головного
мозга, также называемая ко-изменчивостью, известна в течение
некоторого времени. Сходство в поведении касается как входных
данных, которыми обмениваются нейроны, так и их выходных данных,
а именно ответа после входящего сообщения. Пока не совсем
известно, «как подобные входы генерируют одинаковые выходы, с
точки зрения клеточных механизмов. Поэтому выяснение этих
механизмов и изучение того, как различные типы клеток участвуют в
этом явлении, является фундаментальным шагом в окончательном
понимании сложных цепей мозга». Джульяно продолжает: «Изучая
биофизические характеристики этого явления, мы заметили, что
возбуждающие нейроны имеют тенденцию препятствовать избыточности
их выходов, возможно, потому что их действие должно быть
однозначным и более информативным, учитывая, что их сообщения
исходят из коры. Ингибирующие нейроны делают наоборот: эти
клетки, как правило, работают вместе, используя эту избыточность
для синхронизации и усиления своих эффектов. Мы до сих пор не
можем полностью объяснить роль корреляций в мозге, но мы,
безусловно, обнаружили, что эти две категории нейронов должны
рассматриваться в новом свете: они не идентичны». Тем не менее,
это еще не все. Джульяно заключает: «Это исследование является
наиболее точным экспериментальным подтверждением простой
математической теории, которая описывает, как электрическая
активность нейронов проявляется и изменяется во времени».
[Фото: eurekalert.org]
