Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Удивительная нейропластичность: нейроны способны легко менять специализацию

Американские исследователи продемонстрировали способность нейронов брать на себя новые функции. Нейроны зрительного центра легко смогли обучиться действовать подобно моторным нейронам. Статья об этом опубликована в журнале Neuron.

Удивительная нейропластичность

Нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли и Колумбийского университета обучили нейроны, которые обычно обрабатывают входящие сигналы от глаз, развивать новые «навыки», а именно – управлять генерируемым компьютером звуковым тоном. Исследователи отмечают, что подобным образом можно было бы управлять, например, роботизированной рукой или нужным нейрокомпьютерным интерфейсом.

Нейрокомпьютерный интерфейс (НКИ) — система, созданная для обмена информацией между мозгом и электронным. В однонаправленных интерфейсах внешние устройства могут либо принимать сигналы от мозга, либо посылать ему сигналы, а в двунаправленных мозг и внешнее устройство обмениваются информацией в обоих направлениях.

«Чтобы получить вознаграждение, крысы научились создавать произвольные образцы нейронной активности, не связанные с получением визуальных данных, чтобы контролировать НКИ. Это подчёркивает силу, нейропластичность и гибкость мозга», — говорит Хосе Кармена (Jose M. Carmena), возглавляющий исследование.

В 2012 году исследователи первыми показали, что в моторной области мозга нейроны не могли научиться виртуальной задаче без пластичности в связях с клетками в полосатом теле. «Когда эти клетки инактивировались, животное теряло способность учиться, что говорит о том, что то, что мы наблюдали шесть лет назад в моторных зонах в отношении полосатого тела – общий «кирпичик» обучения в мозге», — отмечает Кармена.

Кармена и главный автор работы, Райан Нили (Ryan M. Neely), также обнаружили, что ключевыми для обучения стали нейрональные связи с полосатым телом. Эти данные свидетельствуют о том, что полосатое тело играет более широкую роль в формировании кортикальной активности, чем это ранее предполагали. Новые данные, полагает доктор Кармена, могут даже изменить как понимание нейробиологии мышления и действия, так и существующие технологии НКИ.

Мозг-пластилин

Пластичность мозга обладает большой силой, и это используется в нейрореабилитации: люди с повреждением одной зоны мозга могут «перетренировать» соседние области, чтобы восполнить утраченную функцию. Мозг усваивает новые навыки и контролирует движения, например, протезов конечности. Учёные задались целью проверить, как далеко заходит эта пластичность.

Нили имплантировал 16 электродов в разные участки зрительной коры каждой из 12 крыс. Он произвольно направлял электрическую активность, регистрируемую электродами, устройству, которое поднимало или понижало высоту звукового тона в зависимости от того, какие нейроны были активны.

Затем крысы тренировались в течение нескольких сеансов, чтобы поднимать или опускать звуковой тон: только при звуке определённой тональности (то есть при активности нужной группы нейронов) они получали сладкий напиток. В итоге все крысы научились производить всплеск активности в правильном наборе нейронов, подавляя её у других нейронов, чтобы получать заветную награду.



Удивительная нейропластичность
На изображении показаны зоны, куда подводились электроды. Жёлтые стрелки схематически показывают обратную связь между зрительной корой головного мозга крысы и полосатым телом, которая представляет собой «ключ» к новым навыкам.

Учёные из Champalimaud Centre for the Unknown в Лиссабоне и Института по изучению мышления и мозга Мортимера Б. Цукермана Колумбийского университета провели аналогичные эксперименты на мышах.

«Мы продемонстрировали, что полосатое тело помогает организму научиться контролировать активность в других областях мозга, даже если она генерируется в первичной сенсорной области – зрительной коре», — отмечают они. «Эти данные свидетельствуют о том, что полосатое тело обладает свойством регулировать способности организма к активному восприятию».

Исследователи полагают, что есть область мозга, которая также представляет собой часть цикла обучения, включающего кору и полосатое тело. Она обеспечивает обратную связь от полосатого тела к коре, поскольку обратная связь существует, но ни одна клетка полосатого тела не соединяется непосредственно с зрительной корой. Текущие исследования предназначены для обнаружения других областей и проливают свет на то, как мозг способен переквалифицировать только несколько клеток в коре из миллионов, чтобы управлять объектом вне тела. В эту сеть могут включаться, например, таламус и средний мозг. Эти данные нужны, чтобы создать нейроинтерфейсы нового поколения.

Текст: Полина Гершберг

Ссылка на источник

Tags: инструменты и методы, исследования, мозг, нейробиология, нейроновости
Subscribe

Posts from This Journal “нейроновости” Tag

promo alev_biz 15:32, friday 1
Buy for 30 tokens
Непроизвольная дрожь в руках - симптом болезни Паркинсона, поэтому ее неожиданное появление у многих может вызывать беспокойство и даже панику. Однако эта болезнь – лишь одно из состояний, вызывающих тремор. «Определенная степень дрожания рук является нормой для каждого», -…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments