НЕЙРОБИОЛОГИЯ
Динамика мыслительного процесса снижается в состоянии отдыха или сна
Сверх низкочастотные мозговые волны связаны с минимальным состоянием сознания.
Каждые несколько секунд через мозг человека проходят ритмические электрические волнообразные колебания, сравнимые разве что только с огромной океанской волной большой временной и пространственной периодичностью.
Впервые ученые столкнулись с явлением сверх замедленной ундуляцией (частоты волн) несколько десятилетий тому назад при выполнении сканирования человека и других живых существ во время проведения фМРТ (функциональной магнитно-резонансной томографии в состоянии покоя/ отдыха или сна. Однако этот феномен, с их точки зрения, имел природу электрического «шума», или представлял собой суммарное число мозговых ритмически-волновых сигналов, проходящих через мозговую ткань с большой скоростью, и ему не придали никакого значения, попросту, проигнорировали.
В настоящее время ведется экспериментальная работа на лабораторных грызунах (крысах) по фиксированию и измерению «этой сверх замедленной ундуляции» ( менее чем 0,1 герц), результаты которой позволяют предполагать, что явление сверх замедленной ундуляции представляет собой, совершенно отличный от известных, тип мозговой деятельности, зависящий от минимального состояния сознания изучаемых животных.
Однако остается открытым вопрос о происхождении низкочастотных мозговых волн и их функциональное действие. В ходе сканирования мозга подопытных грызунов во время проведения фМРТ были выявлены изменения в циркуляции мозговой крови. Исследователи подозревают, что изменения в кровотоке вызваны возбуждением нейронов.
Доктор Маркус Райчл, профессор радиологии и неврологии в Washington University School of Medicine, St.Lous, ведущего разработчика нового исследования, в своем опубликованном в журнале Neuron докладе по этой теме в за апрель, говорит : «Когда вы располагаете пациента на управляемом компьютером столе аппарата фМРТ и, как только вы взгляните на регистрируемый сигнал, поступивший от объекта исследования и который по регламенту находится в состоянии покоя (т.е. ничего не делает, не подвижен, не выполняет предложенного задания), то поступивший к оператору фМРТ сигнал указывает на определенное соотношение «сигнал/шум». То есть регистрируется практически электромагнитный шум.»
«Получается», -продолжает он- «На первый план в данном случае выходит функциональная фМРТ состояния покоя: и мы задаемся вопросом : что говорит нам этот сигнал фМРТ?»
С целью выяснения, что же происходит в головном мозге, команда Райчела применила метод МРТ визуализации на основе комбинации уровня кальция1 в клетке крови по отношению к гемоглобину крови HbOH2 (концентрация гемоглобина в цельной крови), в котором использовались флуоресцентные молекулы для выяснения возбудимости нейронов на клеточном уровне(срезе) и электрофизиологический способ, позволивший записать сигналы от клеток из разных слоев головного мозга.
Экспериментаторы провели измерение параметров в двух группах изучаемых грызунов: в группе бодрствующих животных и в группе животных, находящихся под наркозом; бодрствующие грызуны находились в состоянии покоя/отдыха в миниатюрных коечных сетках в темной помещении.
Команда установила, что волны замедленной ундуляцией (частоты волн) проходившие через кортикальные слои клеток мозга у бодрствующих грызунов – изменяли свое направление у животных под наркозом.
Ученые пришли к заключению, что обнаруженные волны замедленной ундуляции отличаются от так называемых дельта-волн ( диапазон между 1 и 4 герца) и других высокочастотных волн, возникающих в коре головного мозга в состоянии активности.
«Мы полагаем, что сверх медленные волны имеют большое значение в изучении функциональных процессов мозга», заявляет Райчл.
«Только представьте себе волны в заливе Пьюджет Саунд (Тихий океан, побережье Северной Америки). В штормовую погоду такие донные волны имеют большой накат волны и образуют белый пенистый гребень волны», говорит он. Подобное происходит и в мозгу, так как «такие донные волны с большой амплитудой наката волны», упрощают включение процессов активации головного мозга» - образно говоря «образуют белый пенистый гребень активной мозговой волны».
Остальные ученые по достоинству оценили общий подход, применённый в исследовании Маркуса Райчла, однако высказывались осторожно по вопросу о том, могут ли сверх медленные волны сильно отличаться от иной природы волнообразной активности мозга. Элизабет Хиллман, профессор медико-биологического проектирования колумбийского университета Зукермана, которая не принимала участия в исследователькой работе команды Маркуса Райчла, говорит: “Я бы не торопилась делать выводы от том , что фМРТ состояния покоя фиксирует (то есть измеряет) иные показатели свойств мозга, не имеющие ничего общего с высоко частотными флуктуациями между участками коры головного мозга».
Элизабет Хиллман опубликовала в 2016 году в своем исследовании данные о том, как сигналы фМРТ сканирования в состоянии покоя отражают активность нейронов для различного диапазона частот, а не только для низкочастотных.
«Потребуется провести еще много исследовательской работы для того, чтобы разобраться как такие различные типы мозговых сигналов соотносятся друг с другом»,считает она.
«Этот тип паттерна очень нов»,-замечает Элизабет Хиллман,-“ Мы имеем крайне ничтожное количество информации, что это такое “сверх медленные волны», и только знаем, что столкнулись с действительно с очень сложной проблемой»
источник Журнал Саентифик Американ №07 2018 Стр. 23
Автор: Таня Левис
Перевод: Энигма Л.Н.
Примечание переводчика:
- haemoglob (красный железосодержащий пигмент, обратимо связывающий кислород и обеспечивающий его транспорт, имеется у многих беспозвоночных животных и почти у всех позвоночных; молекула Г. представляет собой тетрамер из 4 полипептидных цепей, к каждой из которых присоединён гем ; к 1993 известно свыше 350 различных аминокислотных замен в молекуле гемоглобина человека, в той или иной степени приводящих к изменениям его функций - как правило, замены аминокислот, которые в молекуле Г. обращены наружу, меньше влияют на его функции, чем замены во внутренних доменов молекулы и участков присоединения гема; у человека (а также у некоторых приматов, парнокопытных млекопитающих и др) до рождения Г. представлен особой формой - фетальным гемоглобином.
- Кальций участвует в свертывании крови и обеспечивает работу сердца. Уровень кальция в организме тщательно контролируется - при снижении концентрации кальция в крови (гипокальциемии) элемент высвобождается из депо, находящихся в костной ткани...Кальций принимает участие в генерации потенциала действия, играет определенную роль в инициации мышечного сокращения, является необходимым компонентом свертывающей системы крови, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и обладает симпатикотропным действием.
