Части от мозъка офлайн, дори докато сме будни

Ново изследване предполага, че части от мозъка естествено се включват и изключват дори когато сме будни. Изследователите от университета в Станфорд смятат, че това може да доведе до интервенции, за да се гарантира, че областите на мозъка, които използваме, са онлайн и работят с максимален капацитет.

Ученият обяснява, че когато сме в дълбок сън, мозъчната ни активност намалява и тече в големи, очевидни вълни, като да гледаме как прилив на човешки тела се издига и сяда около спортен стадион. Трудно е да се пропусне.

В новото проучване изследователите откриват същите цикли, които съществуват и в съня, и в съня, но само с малки секции, които седят и стоят в унисон, а не целия стадион. Сякаш малки части от мозъка независимо заспиват и се събуждат през цялото време.

Нещо повече, изглежда, че когато невроните са се включили в по-активното или „включено“ състояние, те са по-добри в реакцията на света. Невроните също прекарват повече време в включено състояние, когато обръщат внимание на задача. Това откритие предполага, че процесите, които регулират мозъчната дейност по време на сън, също могат да играят роля за вниманието.

„Селективното внимание е подобно на това да направите малко по-будни малките части на мозъка си“, казва Татяна Енгел, доктор по медицина, постдокторант и съавтор на изследването, публикувано наскоро в Наука.

Бившият студент Никълъс Щайнмец е другият съ-водещ автор с експериментите по неврофизиология, проведени в лабораторията на д-р Тирин Мур, професор по невробиология и един от старшите автори.

Разбирането на тези новооткрити цикли изисква да се знае малко за това как е организиран мозъкът.

Ако трябва да забиете щифт директно в мозъка, всички мозъчни клетки, които бихте ударили, биха реагирали на същите видове неща. В една колона те може да отговарят на обекти в определена част от зрителното поле - например в горния десен ъгъл.

Екипът използва това, което се равнява на набори от много чувствителни щифтове, които могат да записват активност от колона неврони в мозъка.

В миналото хората са знаели, че отделните неврони преминават през фази на по-голяма или по-малка активност, но с тази сонда за първи път виждат, че всички неврони в дадена колона циклират заедно между стрелба много бързо и след това стрелба по много по-бавна скорост, подобно на координираните цикли в съня.

„По време на състояние невроните започват да стрелят бързо“, каза д-р Кубена Боахен, професор по биоинженерство и електротехника в Станфорд и старши автор в статията.

„Тогава изведнъж те просто преминават към ниска степен на стрелба. Това включване и изключване се случва през цялото време, сякаш невроните хвърлят монета, за да решат дали ще бъдат включени или изключени. "

Тези цикли, които се случват от порядъка на секунди или части от секундите, не са били толкова видими, когато са будни, тъй като вълната не се разпространява много отвъд тази колона, за разлика от съня, когато вълната се разпространява в почти целия мозък и е лесна за откривам.

Екипът установи, че състоянията на по-висока и по-ниска активност са свързани със способността да се реагира на света.

Групата имаше своя сонда в областта на мозъка при маймуни, която специфично открива една част от визуалния свят. Маймуните бяха обучени да обръщат внимание на реплика, показваща, че нещо в определена част от зрителното поле - горната дясна, да речем или долната лява - е на път да се промени леко. След това маймуните са се почерпили, ако са установили правилно, че са видели тази промяна.

Когато екипът даде знак къде може да настъпи промяна, невроните в колоната, която усеща тази част от света, започнаха да прекарват повече време в активно състояние.

По същество всички те продължиха да прелистват между състоянията в унисон, но прекарваха повече време в активно състояние, ако обръщаха внимание. Ако промяната на стимула дойде, когато клетките са в по-активно състояние, маймуната също е по-вероятно да идентифицира правилно промяната.

„Маймуната е много добра в откриването на стимулни промени, когато невроните в тази колона са в състояние на включване, но не и в изключено състояние“, каза Енгел. Дори когато маймуната знаеше да обърне внимание на определена област, ако невроните циклираха до по-ниска активност, маймуната често пропускаше смяна на стимула.

Енгел каза, че това откритие е нещо, което може да е познато на много хора. Понякога си мислите, че обръщате внимание, посочи тя, но все пак ще ви липсват нещата.

Учените казаха, че констатациите се отнасят и до предишна работа, която установява, че по-бдителните животни и хората обикновено имат зеници, които са по-разширени.

В настоящата работа, когато мозъчните клетки прекарват повече време в активно състояние, зениците на маймуната също са по-разширени. Констатациите демонстрират взаимодействие между синхронните трептения в мозъка, вниманието към дадена задача и външните признаци на бдителност.

„Изглежда, че механизмите, лежащи в основата на вниманието и възбудата, са доста взаимозависими“, каза Мур.

Изследването носи нови въпроси.

Изследователите казват, че едно проучване, произтичащо от тази работа, е защо невроните преминават в по-ниско състояние на активност, когато сме будни. Защо просто да не останете в по-активно състояние през цялото време?

Един отговор може да се отнася до енергията. „Съществуват метаболитни разходи, свързани с непрекъснатото изстрелване на неврони“, каза Боахен. Мозъкът използва много енергия и може би даването на шанс на клетките да изпълнят енергийния еквивалент на седене позволява на мозъка да пести енергия.

Също така, когато невроните са много активни, те генерират клетъчни странични продукти, които могат да увредят клетките. Енгел посочи, че състоянията с ниска активност могат да позволят време за изчистване на тези невронални отпадъци. „Този ​​документ предлага места за търсене на тези отговори“, каза Енгел.

Източник: Станфордският университет