Эксперименты Лоры Дрисколл в Гарвардском университете подтвердили, что клетки теменной коры, предсказуемо работавшие в первый день, через несколько недель меняли свои реакции. «Это абсолютно противоречило всем нашим ожиданиям», — говорит Дрисколл.
Загадка «дрейфа мозга»: почему наши нейроны постоянно меняют свои роли
Нейробиологии всегда считали, что определенные клетки мозга всегда одинаково реагируют на одни и те же стимулы. Считалось, что стабильность необходима для предсказуемого восприятия мира. Но исследования на мышах показали, что паттерны активности одиночных нейронов со временем сильно перестраиваются, даже если внешние условия и задачи животного не меняются. Этот феномен ученые назвали «дрейфом мозга».
«Дрейф мозга». Ollie Hirst
Парадокс летучих мышей. Пока одни ученые находят подтверждения дрейфа в самых разных отделах мозга мышей, включая зрительную и обонятельную кору, опыты на других видах показывают иные результаты. Нейробиологи из Калифорнийского университета исследовали летучих мышей — крыланов. Оказалось, что у них активность нейронов стабильно сохраняется неделями. Это ставит под сомнение универсальность дрейфа для всех млекопитающих.
Открытие пошатнуло классические представления о неизменности работы нейронов и показало, что функция популяции клеток может быть важнее активности отдельного нейрона. Часть научного сообщества отнеслась к этому скептически, списывая полученные результаты на погрешности оборудования или едва заметные изменения в поведении животных. Тем не менее новые технологии фиксации данных заставили многих признать реальность дрейфа. Теперь исследователи пытаются понять, как мозг сохраняет стабильное поведение и память в условиях постоянного изменения внутренней структуры.
Как меняется нейронная активность с течением времени: инфографика, на которой показана мышь, проходящая виртуальный лабиринт, а также три линейных графика, отражающие паттерны активности 40 нейронов на 1-й, 10-й и 39-й день, демонстрирующие растущее расхождение в активности.
Поиск смыслов и критика теории
Одно из предположений гласит, что дрейф помогает мозгу фиксировать ход времени и связывать воспоминания. Согласно другой гипотезе, подвижность паттернов позволяет гибко обновлять старую информацию и интегрировать новый опыт. Понимание этих механизмов может серьезно продвинуть разработку интерфейсов мозг-компьютер и помочь созданию ИИ-моделей, не страдающих от «катастрофического забывания» базовых данных при дальнейшем обучении.
Флуоресцентная микрофотография среза ткани гиппокампа человеческого мозга, на которой видны глиальные клетки и нейроны. Многочисленные исследования выявили сдвиг репрезентации в гиппокампе — области мозга, отвечающей за память и обучение.
Но у теории остаются критики. Например, при изучении летучих мышей исследователи обнаружили полную стабильность работы клеток, отвечающих за пространственную память. Некоторые ученые полагают, что дрейф может оказаться иллюзией, вызванной неучтенными внутренними состояниями животных или скоростью их движений. В моторной коре мозга, управляющей движениями, этот феномен также не обнаруживается, что заставляет сомневаться в его универсальности. Окончательные выводы делать рано, ведь большинство тестов пока проводилось только на грызунах.