Исследование: мозг использует для сохранения памяти не только соединения нейронов, но и электрические поля
По словам авторов исследования, если нейроны — это музыканты в оркестре, а память — музыка, которую они создают, то электрическое поле — это дирижер.
Понятие «схема» (circuit) при описании мозга столь же неоспоримо, сколь и привычно: нейроны образуют прямые физические связи для создания функциональных сетей, например, для хранения воспоминаний или генерации мыслей. Но эта метафора неполна. Что заставляет эти схемы и сети объединяться? Новое исследование показывает, что, по крайней мере, часть этой координации обеспечивается электрическими полями.
В исследовании нейробиологов Массачусетского технологического института и Университета Лондона, показано в опытах на животных, что в процессе игры информация, которую они запоминали, координировалась электрическим полем, возникающим в результате электрической активности всех участвующих в процессе нейронов. Это поле, в свою очередь управляет нейронной активностью, или колебаниями напряжения, возникающими на мембранах клеток.
По словам авторов исследования, если нейроны — это музыканты в оркестре, области мозга — секции, например, струнные или духовые, а память — музыка, которую они создают, то электрическое поле — это дирижер.
Поле и схема
Физический механизм, с помощью которого электрическое поле влияет на напряжение мембран нейронов, называется «эфаптической связью». Мембранные напряжения являются основополагающими для деятельности мозга. Когда напряжение превышает пороговое значение, возникает спайк, то есть нейрон срабатывают, посылая электрический сигнал другим нейронам через соединения, называемые синапсами.
«Многие нейроны коры головного мозга проводят много времени, колеблясь на грани спайков», — говорит Эрл Миллер, соавтор работы. - «Изменения в окружающем электрическом поле могут подтолкнуть их в ту или иную сторону. Трудно представить, чтобы эволюция не использовала этот механизм».
Новое исследование показало, что электрические поля управляют электрической активностью сетей нейронов для создания общего представления информации, хранящейся в рабочей памяти, говорит соавтор работы Димитрис Пиноцис. Он отметил, что полученные результаты могут расширить возможности ученых и инженеров по считыванию информации с мозга, что может помочь в разработке протезов, управляемых мозгом, для людей с параличом.
«Используя теорию сложных систем и математические расчеты на бумаге, мы предсказали, что электрические поля мозга управляют нейронами при создании воспоминаний», — сказал Пиноцис. — «Наши экспериментальные данные на животных и статистический анализ подтверждают это предсказание. Это пример того, как математика и физика проливают свет на поля мозга. Исследование может помочь в создании интерфейсов мозг-компьютер».