Когато разпознаете познато лице, мозъкът ви трябва да го свърже с име, място и вероятно с определен спомен.
Тези отделни елементи невинаги се обработват в една и съща област на мозъка. И все пак те се съчетават толкова естествено, че ги възприемате като една цялостна мисъл.
Сега учените може би са открили един от механизмите, чрез които мозъкът постига това.
Ново изследване показва, че когато задържаме информация в ума си и впоследствие си я припомняме, отдалечени области на мозъка за кратко започват да работят в един и същ ритъм. В тези мимолетни моменти клетките им са по-склонни да изпращат сигнали едновременно, което вероятно позволява различните елементи на една мисъл да се свържат в общо цяло.
Новото проучване, публикувано в Nature Neuroscience, е ръководено от специалиста по медицински науки Иля Вержбински и невроучения Ерик Халгрен от Калифорнийския университет в Сан Диего. В него са анализирани записи на мозъчната активност на 35 души, наблюдавани заради устойчива на лечение епилепсия.
Рядък поглед към активността на отделните мозъчни клетки
По медицински причини в мозъка на тези пациенти вече са били поставени електроди. Това предоставя на изследователите рядката възможност да проследят електрическата активност на отделни мозъчни клетки, докато участниците изпълняват задача за проверка на паметта.
На участниците са показани едно или три изображения, които трябва да запомнят за няколко секунди. След това те трябва да определят дали друго изображение е било част от първоначално показаната група.
Синхронизираните високочестотни пулсации може да подпомагат комуникацията между отдалечени области на мозъка при използването на работната памет. (Иля Вержбински, създадено с помощта на Google Gemini)
Изследователите се интересуват най-вече от изключително кратките изблици на електрическа активност, известни като високочестотни пулсации.
„Тази пулсация представлява много кратък изблик от ритмични колебания във възбудимостта на невроните – около 90 цикъла в секунда, продължаващи едва една десета от секундата“, обяснява Вержбински.
Казано по-просто, малка група мозъчни клетки внезапно се активира силно и започва да следва един и същ бърз ритъм. Целият процес приключва почти веднага след началото си.
Когато отдалечени области на мозъка заработят в един ритъм
В рамките на 43 сесии учените проследяват активността на общо 1373 мозъчни клетки. Те установяват, че високочестотните пулсации често възникват едновременно в две отдалечени области на мозъка.
Когато това се случва, вероятността клетките в тези области да изпратят сигнали едновременно нараства с около 30%. В някои етапи от задачата увеличението достига 49%.
Това може да обясни как информацията, съхранявана в различни части на мозъка, се обединява в едно цялостно преживяване.
Една област може да обработва лицето на даден човек, друга – неговото име, а трета – мястото, на което сте се запознали. Общият ритъм вероятно отваря за кратко своеобразен канал за комуникация между тези области и им позволява да работят в синхрон.
„Това е важно, защото едновременното задействане на мозъчните клетки може да е основният механизъм, чрез който мозъкът свързва отделните елементи на информацията“, казва Вержбински.
Предишни изследвания също показват колко важна е съгласуваната активност на различни видове мозъчни клетки при формирането на спомени.
Координация между отдалечени части на мозъка
Най-изненадващият резултат е разстоянието, на което се проявява тази координация. Общите пулсации свързват области, отдалечени една от друга на цели 220 милиметра, и дори възникват едновременно в двете мозъчни полукълба.
Обикновено преките връзки между отделните области на мозъка стават все по-редки с увеличаването на разстоянието помежду им. Ако синхронизирането на пулсациите зависеше единствено от такива връзки, координацията би трябвало да отслабва при по-големи разстояния. Учените обаче не установяват подобна зависимост.
Резултатите показват, че за тази координация може да не е необходима една-единствена мозъчна област, която да изпълнява ролята на диригент. Ефектът по-скоро наподобява тълпа, в която хората постепенно започват да пляскат в един и същ ритъм, без някой да ги направлява.
По-трудната задача засилва синхронизирането
Общият ритъм става по-изразен и когато задачата за паметта се усложнява. Когато участниците трябва да запомнят три изображения вместо едно, координираното изпращане на сигнали се увеличава с около 13%, докато задържат образите в ума си, и с 19%, когато се опитват да разпознаят някое от тях.
Клетките, които изпращат сигнали едновременно при първото показване на дадено изображение, са по-склонни да повторят същия модел на активност, когато то се появи отново. В такива случаи участниците обикновено разпознават изображението по-бързо.
По-ранни изследвания свързват сходни пулсации с повторното възпроизвеждане и съхраняването на спомени. Учените вече са установявали, че дори една тренировка може да промени свързаните с паметта мозъчни пулсации при хората. Други проучвания показват, че електрическата стимулация чрез мозъчен имплант може да подобри краткосрочната и работната памет.
Новите резултати показват, че тези краткотрайни ритми може да помагат на мозъка да запази една мисъл цялостна, докато активно я използваме.
Какви са ограниченията на изследването?
Проучването обаче не доказва, че именно високочестотните пулсации са довели до по-бързото разпознаване. Изследователите са наблюдавали сигналите, но не са ги активирали или потискали, за да проверят как подобна намеса би се отразила върху паметта.
Освен това всички участници са страдали от тежка форма на епилепсия, а местата на електродите са били определени според медицинските им нужди. Поради това учените са могли да изследват само определени части от мозъка им. Експериментът е включвал и само един вид задача за паметта.
Подобни дълбокомозъчни електроди позволяват на невроучените да наблюдават с изключителна точност електрическата активност на мозъка. Те се използват и за изследване на начина, по който епилептичните пристъпи се разпространяват през различните мозъчни области.
Според Вержбински все още е твърде рано тези сигнали да бъдат разглеждани като възможна мишена за лечение на състояния, засягащи паметта или мисловните способности. Изследователите първо трябва да установят дали същата активност се наблюдава и в мозъка на здрави хора, както и дали нарушаването ѝ води до промени в паметта.
Засега резултатите очертават една интригуваща възможност: мисълта може би ни се струва цялостна, защото отдалечени части на мозъка за кратко започват да следват един и същ ритъм.
Изследването е публикувано в научното списание Nature Neuroscience.
