Найдены новые способы управления работой мозга

Ученые из России и зарубежных стран впервые смогли изменить характер работы одиночного нейрона в той части мозга мыши, которая отвечает за обработку зрительных сигналов. Этот эксперимент подтвердил общепринятые представления о пластичности нервной системы, сообщила пресс-служба РНФ.

Директор Института высшей нервной деятельности РАН Алексей Малышев пояснил, что при искусственной активации единичного нейрона можно изменить его ответ на зрительный стимул. Это свидетельствует о том, что нейроны могут изменять свои свойства при обучении и создании новых связей между клетками в процессе запоминания информации.

Нейроны, в отличие от полупроводниковых машин, могут одновременно хранить и обрабатывать информацию, воспринимая множество разнородных аналоговых сигналов. Нервные клетки могут сложным образом суммировать сигналы и изменять свою чувствительность к отдельным импульсам, по-разному реагируя на те или другие стимулы.

Ученые предполагают, что феномен пластичности играет ключевую роль в этих процессах, то есть нейроны могут изменять характер работы синапсов, нервных окончаний, соединяющих их с другими клетками мозга. Изучение пластичности может помочь в лечении многих заболеваний.

Исследователи провели опыты на мышах, у которых геном был модифицирован таким образом, что некоторые их нервные клетки можно было принудительно активировать при помощи вспышек красного света. Используя эту особенность, ученые изучали, как принудительное включение нейронов влияет на работу их синапсов и характер связей с соседними клетками.

Далее ученые ввели в зрительную кору грызунов сверхтонкое оптическое волокно, которое стимулировало работу только одной нервной клетки. Эта клетка, как и ее соседи, отвечают за распознавание различных объектов, воспринимаемых глазами животного, в результате чего ее уровень активности зависит от того, что в данный момент видит мышь.

Схема эксперимента. Буквами обозначены ответы нейрона на вертикальную (а) и горизонтальную (б) движущиеся полосы, а также ответ нейрона, вырабатывающего светочувствительный белок канальный родопсин, на освещение синим светом через оптоволокно (в).

Затем исследователи показывали мышам движущиеся изображения вертикальных и горизонтальных полос, одновременно стимулируя нейрон при помощи вспышек света. Наблюдения за активностью нейронов коры показали, что каждая клетка имела свои "предпочтения" к картинкам: на один тип полос они реагировали сильнее, чем на другой.

При этом ученые обнаружили, что «предпочтения» изучаемого нейрона и характер его взаимодействий с соседями менялся на длительное время, если они стимулировали активность нервной клетки в те моменты времени, когда на экран выводились менее предпочтительные картинки. Подобным образом можно манипулировать пластичностью и других нейронов, что открывает широкие возможности по изучению механизмов работы нервной системы, отмечают исследователи.

Результаты исследования , поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biochemical and Biophysical Research Communication.