Первично сенсорные области неокортекса (зрительная, слуховая, соматосенсорная) у позвоночных представляют собой центральный отдел соответствующего сенсорного анализатора. Долгое время считалось, что во взрослом мозга эти области должны обеспечивать точное кодирование поступающей информации и поэтому не пластичны. Однако впоследствии было найдено, что существуют виды обучения, например, перцептивное обучение, которые сопровождаются пластическими перестройками в первичных сенсорных областях. Ярким примером такого обучения является способность различать близкие звуковые тоны, которая развивается при длительных занятиях музыкой. В опубликованной статье, сотрудники ИВНД и НФ РАН изучали клеточные механизмы пластичности первичной зрительной коры мыши. Принято считать, что основным механизмом синаптической пластичности является Хеббовская пластичность – когда пластическим модификациям подвергаются синапсы между нейронами, активность которых тем или иным способом синхронизована (fire together – wire together). Однако помимо Хеббовской пластичности, существует еще значительно менее изученная гетеросинаптическая пластичность, которая заключается в модификации синапсов, вызванных исключительно активностью постсинаптического нейрона при неактивных пресинаптических входах. В нашей работе мы изучали изменение функциональных свойств (характеристики зрительных ответов) нейронов зрительной коры после индукции в них высокочастотных пачек потенциалов действия – внутриклеточной тетанизации. Ранее в многочисленных работах на срезах мозга было показано, что подобное воздействие приводит к массированным перестройкам синаптических входов на данный нейрон, выражающихся в том, что часть входов претерпевает долговрекменную потенциацию, а часть – долговременную депрессию. Для того, чтобы иметь возможность селективно активировать единичный нейрон в мозге мыши мы использовали метод оптогенетики – клетки были заражены адено-ассоциированным вирусом, несущим ген светоактивируемого белка канального родопсина 2. После этого к нейрону подводился тонкий стеклянный электрод, который, во-первых, позволял производить экстраклеточную регистрацию активности нейрона, а во-вторых, позволял локально освещать клетку синим светом, вызывая в ней высокочастотные пачки потенциалов действия. В начале эксперимента наркотизированной мыши с фиксированной головой на экране компьютера демонстрировались решетки, движущиеся в 12 различных ориентациях. Затем по ответам на каждый зрительный стимул строилась т.н. карта ориентационной селективности клеток. Нейроны в первичной зрительной коры отвечают не на все стимулы одинаково, но отвечают сильнее на стимул какой-то одной (оптимальной) ориентации и движущийся в оптимальном направлении. Чем больше разница между ответами на стимул, движущийся в оптимальном и не-оптимальном направлениях, тем более узко настроенной является клетка. Оказалось, что индукция высокочастотных (75-100Гц) пачек потенциалов действия в пирамидном нейроне зрительной коры приводит к тому, что его настройка становится более широкой. Таким образом, можно предположить, что высокочастотная спайковая активность, возникающая в зрительном корковом нейроне в отсутствии специфической сенсорной активации, например, во время сна, может приводить к снижению дирекциональной селективности клеток, что обеспечивает нейронам возможность более тонкой подстройки характеристик их зрительных ответов к новым зрительным сценам во время бодрствования. Возможно, что механизмом, лежащим в основе такой подстройки, является изменение эффективности синаптических входов, развивающиеся по механизму гетеросинаптической пластичности. Данное исследование было поддержано Российским научным фондом (грант № #20-15-00398).
Новый формат онлайн-коммуникаций, пришедший к нам в пандемию, прочно укрепился в нашей жизни, особенно в сфере образования и бизнеса. С одной стороны, мы получили больше свободы и возможностей, с другой стороны, многие испытывают неудовлетворение при удалённом формате взаимодействия. Большинство склоняются к тому, что живой формат общения позволяет лучше понять и почувствовать собеседника, а выступающему даёт возможность почувствовать аудиторию, обратную связь от неё и построить более эмоциональный и запоминающийся доклад. Всё это связано с тем, что помимо вербальной информации, которой люди делятся при общении, мы считываем поток визуальной и аудиальной невербальной информации, создающей полную картину восприятия собеседника.
Было показано, что при восприятии визуальной невербальной информации важную роль играет зеркальная система мозга и моторные и сенсомоторные области коры, куда проецируется информация о движениях, жестах, позе и мимике собеседника. Чтобы выяснить, как меняется активность зрительной и сенсомоторной областей коры при переходе на видео-формат взаимодействия, авторы статьи, сотрудники ИВНД и НФ РАН, проанализировали ЭЭГ-реакцию мю- и альфа- ритмов у 83 здоровых добровольцев в эксперименте с наблюдением идентичных действий, которую демонстраторы показывали вживую и на видео. Эксперимент был построен таким образом, чтобы картина, которую наблюдает участник вживую или на экране монитора, была максимально близка – это учитывали при подготовке видеороликов и при живой демонстрации движений.
Для исключения распространения зрительного альфа-ритма на сенсомоторные области коры использовали метод ICA, позволяющий разделить мю- и альфа- компоненты. Контрольной задачей было наблюдение движения небиологического объекта – шарика в лабиринте. Фоном служило видео со статичным демонстратором. Реакцию мю-ритма анализировали в двух диапазонах - 8-13 Гц и 13-24 Гц.
Авторы показали, что основной диапазон мю-ритма, 8-13 Гц, действительно чувствителен к биологическим и социальным движениям и сильно зависит от формата взаимодействия - демонстрация вживую вызывала значительно больший ответ мю-ритма в сенсомоторных областях коры. Альфа-ритм не показал чувствительности к биологическому типу наблюдаемого движения, однако, живая демонстрация изначально вызывала более сильную концентрацию зрительного внимания, которая затем снижалась до уровня видео-формата. При этом верхний диапазон сенсомоторного мю-ритма показал большую чувствительность к различным жестам, демонстрируемым испытуемым, что необходимо учитывать при разработке нейроинтерфейсов.
Таким образом, необходимо понимать, что при удаленном общении может страдать как концентрация зрительного внимания, так и тонкие социальные формы невербальных коммуникаций, связанных с работой моторной и сенсомоторной областей коры мозга.
https://academic.oup.com/cercor/article-abstract/34/4/bhae168/7659152?redirectedFrom=fulltext
- Энтропия сигнала ЭЭГ
- Лечение облегчает неврологические симптомы хронической болезни Лайма
- Обучение улучшает распознавание слов для эффективного чтения
- Комплексный подход глубокого обучения к классификации поведения мышей на основе визуализации кальция по всей коре
- Выявление дислексии у школьников по движению глаз и демографическим данным
- Восстановление мозга: митохондрии являются ключом к нейрогенезу
- Генетическая связь между леворукостью и неврологическими расстройствами
- Эмпатия начинается в младенчестве
- Время и место речевых ошибок, вызванных прямой кортикальной стимуляцией
- Structural biology: main problems and approaches to their solution
- К чему меня жизнь не готовила. Пункт 64. Паркинсон
- Аномалии мозга у детей с нарушениями развития речи
- Взаимосвязь бегущих кортикальных волн с вращательной динамикой для нейронных данных
- Шванновские клетки отвечают за чувства прикосновения и боли
- Аксональный энергетический метаболизм
- Новое направление в терапии Паркинсонизма
- Нейронное декодирование раскрывает секреты навигации
- Модель социального давления на дрозофилах
- Устройства "чтения мыслей" раскрывают тайны мозга
- Поиск биологических коррелятов несуицидального поведения