Наша способность думать, принимать решения, запоминать недавние события и многое другое исходит от неокортекса нашего мозга. Теперь нейробиологи Калифорнийского университета в Ирвине открыли ключевые аспекты механизмов, лежащих в основе этих функций. Их результаты могут в конечном итоге помочь улучшить лечение некоторых нервно-психических расстройств и травм головного мозга. Их исследование появляется в Neuron.

Ученым давно известно, что неокортекс объединяет так называемые информационные потоки прямой и обратной связи. Упреждающие данные передаются сенсорными системами мозга с периферии (наши органы чувств) в области неокортекса более высокого порядка. Затем эти высокоуровневые области мозга отправляют информацию обратной связи для уточнения и корректировки сенсорной обработки. Эта обратная связь позволяет мозгу концентрировать внимание, сохранять кратковременные воспоминания и принимать решения.

«Простой пример — когда вы хотите пересечь оживленную дорогу», — сказал автор-корреспондент Дьёрдь Лур, доктор философии, доцент кафедры нейробиологии и поведения в Школе биологических наук. «Есть деревья, люди, движущиеся транспортные средства, светофоры , знаки и многое другое. Ваш неокортекс более высокого уровня сообщает вашей сенсорной системе, что заслуживает внимания при принятии решения о том, когда переходить».

Взаимодействие между системами более высокого и более низкого уровня также позволяет нам помнить, что вы видели, когда смотрели в обе стороны, чтобы собрать информацию. «Если бы у вас не было этой кратковременной памяти , вы бы просто продолжали оглядываться назад и вперед и никогда не двигались», — сказал он. «На самом деле, если бы наши потоки прямой и обратной связи не работали постоянно вместе, мы бы мало что делали, кроме как реагировали бы рефлексами».

До сих пор ученые не были уверены, как нейроны головного мозга участвуют в этих сложных процессах. Лур и его коллеги обнаружили, что сигналы прямой и обратной связи сходятся на отдельных нейронах в теменных областях неокортекса. Исследователи также обнаружили, что разные типы корковых нейронов объединяют два информационных потока в заметно разных временных масштабах, и определили клеточную и кольцевую архитектуру, лежащую в основе этих различий.

«Ученые уже знали, что объединение нескольких органов чувств усиливает реакцию нейронов», — сказал Лур. «Если вы только что-то видите или просто слышите, время вашей реакции медленнее, чем при восприятии одновременно обоими чувствами. Мы определили основные механизмы, делающие это возможным».

Он отметил, что данные исследования показывают, что одни и те же принципы применяются, если один информационный поток является сенсорным, а другой — когнитивным.

Понимание этих процессов имеет решающее значение для разработки будущих методов лечения нейропсихиатрических заболеваний, таких как расстройства сенсорной обработки, шизофрения и СДВГ, а также инсультов и других повреждений неокортекса.

Лур является сотрудником Центра нейробиологии обучения и памяти, Центра картирования нейронных цепей и Центра исследований слуха Калифорнийского университета в Ирвине.

Кандидат наук. Кандидат Дэниел Ринднер, который выполнил все записи нейронов и работу с биологическими тканями, был первым автором статьи. Арчана Проддутур, доктор философии, научный сотрудник лаборатории и второй автор статьи, провела компьютерное моделирование, которое привело к механистическому пониманию процессов, объединяющих потоки сенсорной и когнитивной информации.