Согласно исследованиям Пенсильванского университета и Национального института здоровья (США), когда мыши отдыхают, отдельные нейроны активируются организованными каскадами длительностью в одну секунду, запускающими активность всего мозга. Раньше считалось, что этот процесс происходит относительно случайно, сообщает пресс-служба Пенсильванского университета. Открытие описано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Во время отдыха мозг восстанавливается: в гиппокампе формируются воспоминания, а спинномозговая жидкость проходит через нервную ткань, «очищая» мозг. Однако механизмы этой «уборки и очистки» до конца не изучены.
В этой работе исследователи регистрировали электрические импульсы для передачи информации через мозг у спящих или просто отдыхающих и активных грызунов. Они также отслеживали, как изменяется размер зрачка и как движется тело животного. В целом исследователи наблюдали за динамикой около 10 000 нейронов из 44 различных областей мозга у 14 грызунов.
Команда проанализировала частоту спонтанных всплесков нейронной активности в определенные промежутки времени. Они заметили, что 70% зарегистрированных нейронов, независимо от области мозга или происхождения, участвовали в повторяющихся, упорядоченных каскадах глобальной активности мозга, длящейся от пяти до 10 секунд. Типичным примером каскада было «общение» между группой нейронов, включенных во время покоя, и другой группой, у которой наблюдались более интенсивные всплески во время активного движения грызунов.
Исследователи предполагают, что эти каскадные нейронные события могут иметь какое-то отношение к работе систем активации мозга и формирования памяти. Об этом говорят изменение размера зрачка, дельта-волны и активность пульсации в гиппокампе – индикаторы различной нервной активности.
«Дельта-волны в мозгу и размер зрачка являются индикаторами состояния возбуждения мозга. Например, дельта-волны у грызунов намного сильнее во время сна, чем в бодрствующем состоянии. А "рябь" в гиппокампе – это высокочастотные колебательные события, важные для консолидации памяти», – объясняют авторы работы.
Ученые предполагают, что связь пикового каскада с системами возбуждения и памяти также, вероятно, может играть роль в болезни Альцгеймера и других когнитивных дисфункциях, которые часто характеризуются одновременным нарушением работы обеих систем.
[Фото: XIAO LIU, PENN STATE]
