Вы впечатлены, когда НАСА удается рассчитать время и скорость траектории ракеты? Новое исследование Университета Осло показывает, что в вашем мозгу есть «центр ботаников», способный выполнять еще более сложные вычисления.
Если, опаздывая на работу, вы видите приближающийся автобус и бежите, чтобы поймать его, неся чашку кофе, вы, вероятно, обошли НАСА. Нервные клетки в вашем мозгу выполняют миллиарды сложных математических расчетов, чтобы определить вашу скорость, положение и направление. В течение многих лет эта способность мозга вычислять такие параметры была загадкой.
После пяти лет исследований теории непрерывной сети аттракторов, или CAN, Шарлотта Боккара и ее группа ученых из Института фундаментальных медицинских наук Университета Осло, ныне в Центре молекулярной медицины Норвегии (NCMM), совершил прорыв.
«Мы первыми четко установили, что человеческий мозг на самом деле содержит такие «ботаник-клетки» или «супер-калькуляторы», выдвинутые теорией CAN. Мы обнаружили нервные клетки, которые одновременно кодируют скорость, положение и направление», — говорит он. Боккара.
1400 нервных клеток
Боккара проанализировал 1400 нервных клеток, зарегистрированных у крыс, распределенных по нескольким областям мозга . Вместе с к.т.н. коллега Давиде Спалла и исследователь Алессандро Тревес, она недавно опубликовала в Nature Communications статью под названием «Угловые и линейные скоростные клетки в парагиппокампальных цепях».
«Мы снабдили крыс маленькими мозговыми зондами с очень тонкими электродами, которые могли считывать активность их мозга . После этого они могли свободно перемещаться по лабиринту в поисках вкусностей. Мы могли следить за их движениями с помощью камеры и, таким образом, соотносить их действия с активность многих нервных клеток, которые мы записывали», — объясняет Боккара.
Исследовательская группа Боккара использовала расширенную форму анализа данных, чтобы тщательно изучить, что происходит во всех слоях коры нескольких областей мозга. Это включало систематическое изучение обширных наборов данных. Это новое исследование является продолжением новаторской работы Джона О’Кифа, Мэй-Бритта и Эдварда Мозера (Нобелевская премия по медицине, 2014 г.), которые показывают, что отдельные нервные клетки могут кодировать навигационную систему координат — GPS мозга. система.
Недостающий фрагмент головоломки, который может быть важен для исследования болезни Альцгеймера
Теория CAN, которую изучает Боккара, десятилетиями пользовалась широкой популярностью среди ученых. В двух словах, он предполагает, что, когда мы перемещаемся, наша ментальная карта или представление о месте, в котором мы находимся, постоянно обновляется в соответствии с нашим новым положением. Теория CAN предполагает, что скрытый слой нервных клеток выполняет сложную математику и собирает огромное количество информации о скорости, положении и направлении, точно так же, как это делают ученые НАСА, корректируя траекторию полета ракеты.
«Раньше существование скрытого слоя было только теорией, для которой не существовало четких доказательств. Теперь нам удалось найти надежные доказательства фактического существования такого «центра ботаников» в мозгу», — говорит исследователь, — и поэтому мы заполняем часть головоломки, которая отсутствовала.
Область, в которой Боккара и ее команда обнаружили этот скрытый слой, — это именно та часть мозга, которая впервые поражается в начале болезни Альцгеймера.
«Наши результаты важны, потому что эти клетки сообщают нам, где мы находимся и как движемся. Если они перестают работать, человек теряется», — объясняет Боккара. Понимание внутренних механизмов кодирования мозга может быть впоследствии использовано для разработки новых терапевтических средств.
Почему нервные клетки, открытые Боккарой, разбросаны по разным частям мозга? А могут ли они выполнять несколько разных задач?
«Здесь у нас есть ряд теорий: функционируют ли некоторые клетки как резервные или они выполняют отдельные вычисления, т. е. одни клетки планируют, а другие реагируют на предыдущий опыт?» она спрашивает.
Во все времена мозг бомбардируется сенсорными переживаниями (зрение, чувства, слух). Необходимо разобраться в этом хаосе, чтобы создать образ, согласующийся с воспоминаниями о подобных ситуациях, пережитых ранее, чтобы скорректировать свои действия. Например, я вижу, что приближается автобус, чувствую, что кофе горячий; с какой скоростью я могу добежать до автобуса, не обжегшись?
В последние годы исследовательское сообщество доказало, что области мозга, которые интересуют Боккара, участвуют во многих других задачах, помимо картирования пространственного положения. Нервные клетки могут также отображать звуки и награды. Теперь она задается вопросом, способны ли найденные ими клетки выполнять другие задачи, помимо расчета скорости и направления.
«Но то, как воспринимаются такие явления, меняется в зависимости от вашего опыта. Например, то, как вы воспринимаете имя Ола, значительно изменится, если вы встретите Олу, которая станет вашим партнером. Поэтому процесс категоризации должен обновляться с течением времени. и центр ботаников также может быть вовлечен в этот процесс. Это интересное поле для дальнейших исследований», — говорит Боккара.
Теперь Боккара хочет выяснить, как плохой сон влияет на способность клеток-ботаников к вычислениям.
«Мне интересно, связана ли причина, по которой мозг работает медленнее, когда мы слишком мало спали, с аномальной активностью этих клеток», — говорит она.
