Съгласуването на електрическите ритми помага на мозъка да разбере общите признаци на различни обекти.
На ниво неврони процесът на обучение се свързва с образуването на нови междуневронни контакти – синапси. Благодарение на синапсите се построява нервната верига, в която невроните обменят импулси.
Междуневронните контакти постоянно се образуват и изчезват и се смята, че цялото многообразие на висшата нервна дейност се дължи на тази синаптична пластичност на мозъка.
Но всъщност нашите мисли могат да се променят мигновено, наум прескачаме от едно нещо на друго, а формирането на междуклетъчни контакти е доста продължителен процес и той не може да догони скоростта на мислите.
Затова възниква разумно предположение, че мозъкът има още някакъв механизъм, който му позволява да обработва информацията, но който не е свързан с пренастройките в синаптичната архитектура.
На страниците на сп. Neuron този механизъм се описва от изследователи от Масачузетския технологичен институт. Ърл Милър и колегите му отдавна изучават процесите на висшата нервна дейност от гледна точка на неврофизиологията. Наскоро те успели да опишат картината на активирането на невроните в различни области на мозъка при формиране на категорийни понятия.
Когато мозъкът трябва да обобщи някаква информация, то първи в работа се включват невроните на ивичестото тяло, или стриатума, а след тях – невроните на префронталния кортекс.
Смята се, че стриатумът изпълнява само малка част от аналитичната работа и че той, грубо казано, разглежда само част от главоблъсканиците. Но след това сигналът от него се насочва към „по-висшата“ кора, която отговаря за по-глобални неща – тук отделните части се построяват в обща картина на главоблъсканицата.
Но остава въпросът, как именно работят невроните на ивичестото тяло и префронталния кортекс? Има ли между тях някаква комуникация, или те работят независимо един от друг?
За да изяснят това, изследователите провели експеримент, в който на шимпанзета били показвани различни модели от точки, а маймуните трябвало да определят към коя от две разновидности се отнася един или друг модел. С други думи, шимпанзетата трябвало да разпределят картинките по категории.
Отначало приматите трябвало просто да запомнят характеристиките на категорията – те разглеждали серия от образци от единия или другия вид. Но с времето характерът на експеримента се променил – от една страна, картинките се повтаряли, от друга – се появявали нови изображения. Те ставали все повече, така че вече не трябвало да запомнят коя към какво се отнася, трябвало да оценят конкретни признаци и да ги сравнят с признаците на категорията.
Накрая броят на новите, неизвестни преди картинки, станал 256 и шимпанзетата успели да разпределят правилно всички. Едновременно изследователите регистрирали електрическите ритми на мозъка на маймуните с електроенцефалограф.
Оказало се, че в момента, когато шимпанзетата преминавали от механично запомняне към анализ на категорийните признаци, в мозъка настъпвало характерно изместване на активността – бета-ритмите, генерирани от ивичестото тяло и префронталния кортекс, се синхронизирали взаимно.
Според авторите на изследването между двете зони на мозъка се формирала информационна верига, благодарение на която невроните започвали да работят съгласувано, за да анализират потока изображения. След това, когато шимпанзетата осъзнавали съществуването на двете категории картинки, между ивичестото тяло и кората се образували вече две информационни вериги – тоест мозъчните участъци различно се синхронизирали за всяка от категориите.
В Австрия създадоха изкуствен мозък
Изкуствен мозък бе създаден в лабораторни условия в Австрия. Той все още не е в състояние да мисли, но може да помогне в лечението на сериозни болести. Авторите му са учени от Института по молекулярна биология при Австрийската академия на науките.
Изкуствената мозъчна тъкан била отгледана в биореактор; като изходен материал послужили индуцирани и ембрионални стволови клетки. За два месеца те се превърнали в нервна тъкан с размери 4 мм. Новото образувание било наречено „органоид“, което подчертава неговата дистанция от пълноценен човешки орган.
Новата материя не съдържа кръвоносни съдове. Възможно е именно затова растежът на „органоид“ да се забавя и с времето да спира. Структурата му е нееднородна, в резултат на което участъците му, макар и да взаимодействат помежду си, правят това несистемно и стихийно.
Изследователите подчертават, че информационният контур се формира, преди да възникнат клетъчно-анатомични изменения в структурата на мозъка. Очевидно всичко се случва по следния начин: отначало мозъкът обработва, обмисля дадена информация (и в този момент протича синхронизация на ритмите), а след това резултатите от обмислянето се записват в паметта с помощта на нови синапси.
Ясно е, че първоначалната синхронизация също предполага „проводници“ между различните мозъчни области, но такива „проводници“ играят строго техническа роля. Чак след това се появяват синапсите и невронните вериги, създадени специално за съхранение на „плодовете от обмислянето“.
Невробиологията не за първи път вижда ритмична синхронизация в мозъка при изпълнение на когнитивни задачи – по-рано тя е наблюдавана между зрителната кора и аналитичните области. Но сега това е установено не просто за неопределени мисли, а за конкретен процес на категоризация.
Такъв обмен на информация между кората и ивичестото тяло може да продължи и по-далеч – категорията може да се попълни с нови данни и за постоянното уточняване невроните отново и отново ще се синхронизират, а след това отчетената информация ще се отлага в дълговременната памет благодарение на синаптичната пластичност.
В бъдеще авторите възнамеряват да изследват как мозъкът усвоява по-абстрактни понятия, присъщи именно на човешкото мислене.
Къде е точното място на спомените?
Американски учени успяха да установят при експеримент как кратковременната памет се записва в хипокампа, като всеки спомен се помества в специална група нервни клетки. Авторите на изследването, неврофизиолози от САЩ, са представили откритието си в сп. Proceedings of the National Academy of Sciences.
Учените си поставили задачата да разберат как спомените се „кодират“ от основните изчислителни елементи на мозъка – единични неврони. Докато учените не опишат механизма на „запис“ и извличане на спомените, не можем да очакваме напредък в лечението на различни форми на деменция, поразяващи стареещо население.
Петер Стайнмец от Неврологичния институт „Бъроу“ (Финикс, щата Аризона) и неговите колеги поставили пред монитори девет пациенти, страдащи от епилепсия (в мозъка им били имплантирани електроди, които предупреждавали за пристъп на болестта).
Същите електроди позволяват да се прави мониторинг на активността на мозъка в реално време – да се види какви клетки се активират. Пациентите запомняли дума от списъка, след което им показвали втори, разширен списък и ги приканвали да открият в него познати думи.
Оказало се, наскоро видените думи „възбуждали“ съвсем различни клетки, разположени в далечни един от друг участъци от хипокампа. Всяка дума се кодирала от една малка група неврони.
В абсолютните показатели всяка дума се „записвала“ от доста клетки (от рода на стотици хиляди). Учените отбелязват, че паметта на човека има нелош запас от стабилност – за нея не са страшни дори тежки загуби на неврони.
В бъдеще изследователите възнамеряват да изяснят как в паметта се записват визуални образи (портрети и пейзажи), а също да изучат функционирането на клетките на паметта в хипокампа на пациенти с по-тежка форма на епилепсия.
