Думая, чувствуя, действуя – наш мозг – центр управления в голове, которая регулирует все, что мы делаем. Сеть приблизительно 100 миллиардов нервных клеток, соединенных приблизительно 100 триллионами синапсов, обеспечивает основание для этих механизмов. Нейробиологи в немецком Центре для Приматов (DPZ) – Институт Лейбница Исследования Примата исследовал впервые, как эта нейронная сеть организована и как поток информации между различными мозговыми областями скоординирован на уровне отдельных нервных клеток.
Посредством исследований с обезьянами резуса они нашли, что нервные клетки в различных мозговых областях, которые управляют нашими движениями рук сильно, взаимодействуют друг с другом и организованы в поперечной области функциональные группы. Они также показали, что несколько нейронов управляют сетью, действуя как центральные узлы (центры) и координируют поток информации в сети нервной клетки. Эти центры также значительно общаются друг с другом (богатый клуб) и таким образом формируют охватывающую область основу для коммуникации. Интересно, тип связи между центрами отличается от той из остающейся сети.
Обработка информации через центры характеризуется их ритмичной деятельностью, которая синхронизирована друг другу. Это предлагает, чтобы многочисленные группы нейронов синхронизировали ритмично, чтобы соединить части мозга вместе, чтобы решить определенные задачи.Исполнения нашего мозга как взгляды, запоминание, восприятие и контроль за движением могут только возникнуть через взаимодействие сети нервных клеток.
Это – предмет многочисленных научно-исследовательских работ исследовать, как эта сеть структурирована. Через граф теоретические подходы и мозг учатся как электроэнцефалография (ЭЭГ) или функциональная магнитно-резонансная томография (fMRI), было известно в течение некоторого времени, что различные области мозга организованы как сложная сеть, которая позволяет быструю и стойкую к ошибке обработку информации. Используя эти методы, не возможно измерить деятельность отдельных нервных клеток. Однако это необходимо, чтобы понять, как возникают такие нервные болезни как шизофрения и аутизм.
Исследования на уровне нервной клетки«В нашем исследовании мы хотим узнать, как сеть отдельных нервных клеток организована через несколько мозговых областей», говорит Бенджамин Дэнн, студент доктора философии в Лаборатории Нейробиологии в немецком Центре для Приматов и ведущем авторе исследования. «Мы также хотели знать точно, как поток информации между нервными клетками различных мозговых областей скоординирован». Для этого три обезьяны резуса были обучены неоднократно выполнить цепкую задачу.
Во время задачи деятельность нервных клеток в трех различных областях мозга, предшествующей внутрипариетальной коры (AIP), предмоторной коры (F5) и основная двигательная зона коры головного мозга (M1) была измерена так называемыми множествами микроэлектрода. Эти отделы головного мозга формируют нейронную сеть, которая управляет планированием и выполнением движений рук.Нервные клетки в богатом клубе стреляют ритмичноУченые нашли, что нервные клетки всех трех мозговых областей формируют сильную связанную сеть, которая организована в свою очередь в функциональные подъединицы (модули).
Удивительно, эти модули не соответствуют трем продуманным мозговым областям. 84 процента модулей не были ограничены одной областью, но также и включенными нервными клетками других двух областей. Кроме того, они могли показать, что есть отдельные нейроны в сети, которые играют центральную роль. «У этих узлов или центров есть непропорционально больше связей в сети, чем другие нервные клетки», объясняет Бенджамин Дэнн. «Кроме того, они высоко связаны и создают так называемый богатый клуб на клеточном уровне, который может использоваться, чтобы скоординировать информационное направление в сети».Кроме того, ученые заметили, что нервные клетки ритмично активны в богатом клубе и также общаются с остальной частью сети ритмично.
Другие нервные клетки, однако, главным образом аритмично активны. «Мы были первыми, чтобы показать, что ритмичная деятельность в фиксированных частотах – важная особенность центрального узла и ячеек богатого клуба, которые координируют поток информации», Бенджамин Дэнн суммирует свои результаты. «Мы предполагаем, что ритмичная синхрония нейронов – ключевой механизм для быстрой и прочной коммуникации всюду по мозгу. Таким образом даже отдаленные группы нейронов могут быть функционально связаны, чтобы выполнить определенные мысли или действия».
Исследование может способствовать в будущем лучшему пониманию нейронных болезней, таких как шизофрения и аутизм, которые затронуты вмешательством от ритмичной синхронии и изменений в сетевой структуре. Точное знание этих процессов в мозгу важно, чтобы развивать новые методы лечения.