В мире
Новости Москвы
Политика
Общество
Происшествия
Наука и техника
Шоу-бизнес
Армия
Игры

Ученые выявили новый способ, с помощью которого мозг анализирует информацию

В течение многих лет мозг рассматривался как биологический компьютер, обрабатывающий информацию с помощью традиционных схем, в результате чего данные передаются непосредственно от одной клетки к другой. Хотя эта модель все еще остается точной, новое исследование профессора Солка Томаса Олбрайта и штатного ученого Сергея Гепштейна показывает, что существует второй, совершенно иной способ, с помощью которого мозг анализирует информацию: через взаимодействие волн нейронной активности. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Ученые выявили новый способ анализа мозгом информации
Фото: FBM.ruFBM.ru

“Теперь у нас есть новое понимание того, как работает вычислительный механизм мозга. Модель помогает объяснить, как может меняться базовое состояние мозга, влияя на внимание, концентрацию или способность людей обрабатывать информацию”, – делится Олбрайт, председатель Конрада Т. Пребиса в области исследования зрения и директор лаборатории Центра зрения Salk.

Видео дня

Исследователям давно известно, что волны электрической активности существуют в мозге как во время сна, так и во время бодрствования. Но основные теории о том, как мозг обрабатывает информацию – особенно сенсорную, такую как вид света или звук колокола – вращались вокруг того, что информация регистрируется специализированными клетками мозга и затем передается от одного нейрона к другому, подобно реле.

Однако эта традиционная модель мозга не могла объяснить, как одна сенсорная клетка может так по-разному реагировать на один и тот же объект в разных условиях.

Хепштейн сравнивает это новое понимание с корпускулярно-волновым дуализмом в физике и химии – идеей о том, что свет и материя обладают свойствами как частиц, так и волн. В некоторых ситуациях свет ведет себя так, как если бы он был частицей (также известной как фотон). В других ситуациях он ведет себя как волна. Частицы ограничены определенным местом, в то время как волны распространяются по многим местам. Оба взгляда на свет необходимы для объяснения его сложного поведения.

“Мы обнаружили, что в некоторых ситуациях активность мозга лучше описывать как взаимодействие волн, что аналогично описанию света как волны. Обе точки зрения необходимы для понимания мозга”. – рассказывает ученый.

В новом исследовании команда наблюдала за активностью 139 нейронов в животной модели, чтобы лучше понять, как клетки координируют свой ответ на визуальную информацию. Ученые создали математическую основу для интерпретации активности нейронов и предсказания новых явлений.

Они обнаружили, что лучший способ объяснить поведение нейронов – это взаимодействие микроскопических волн активности, а не взаимодействие отдельных нейронов. Вместо того чтобы вспышка света активировала специализированные сенсорные клетки, исследователи показали, как она создает распределенные паттерны: волны активности во многих соседних клетках с чередующимися пиками и впадинами активации, подобно океанским волнам.

Когда эти волны генерируются одновременно в разных местах мозга, они неизбежно сталкиваются друг с другом. Если два пика активности встретятся, они будут генерировать еще большую активность, в то время как если впадина низкой активности встретится с пиком, это может свести ее на нет. Этот процесс называется интерференцией волн.