Звучит как название сюжетной линии для сериала «Лост» или «Грань»? Суть в том, что наш мозг работает циклами, и сон/бодрствование это лишь один из многих примеров. Есть еще ультрадианные ритмы: 1,5 часа собран, в фокусе и продуктивности, а потом голова ватная, ноль концентрации, надо бы передохнуть. То есть сама природа циклов – это нечто привычно и естественное, что мы ощущаем каждый день. Но вот теперь открыта группа нейронов, которые буквально расположены по спирали, работают по спирали, а активность самих мозговых волн этой структуры спиральна во времени! Что это вообще такое и какой в этом смысл?
Исследователи выявили новый класс распространяющихся мозговых волн, цикличных в пространстве и времени. Исследование показывает, что эти вихреобразные волны обусловлены уникальной круговой «карусельной» архитектурой расположения нейронов в сенсорной коре головного мозга.
Распространяясь по всему мозгу, эти спиральные волны синхронизируют активность в разных полушариях, между сенсорными и моторными сетями, а также в глубоких подкорковых структурах, выступая в качестве пространственно-временных часов для координации ощущений, прогнозирования последовательностей и управления произвольными физическими действиями.
Более того, эта статья выбрана для публикации не просто так. Ранее делал перевод вот этих материалов: механизм восстановления фокуса внимания. Аналоговая вычислительная система наших нейронов и физическая активность и здоровый оптимизм образуют непрерывный цикл. Оба материала показывают, что работа мозга подвержена цикличности. И саму эту тенденцию можно использовать себе во благо, как организуя среду для работы/отдыха, так и лучше понимая: «что я делаю и для чего именно».
Ключевые факты
Традиционный раздел для тех, кому важна только суть. Здесь перечислена самая суть исследования, термины и, самое главное, как это использовать на практике. Всё, что идет ниже – это подробный и детальный разбор этого раздела.
Открытие спиральных волн. Ученые обнаружили новый тип распространяющихся мозговых волн, которые физически вращаются в пространстве и времени по всей коре головного мозга.
«Карусельная» структура нейронов. Круговое движение волны обеспечивается уникальным, фиксированным архитектурным паттерном расположения нейронов в соматосенсорной коре головного мозга. Аксоны этих нейронов расположены по физической окружности.
Межсетевая координация. Эти вихреобразные волны распространяются через границы участков мозга, структур или полушарий. Идеально охватывая оба полушария и связывая сенсорную кору с моторной корой и глубокими подкорковыми структурами.
Поведенческая реакция. Небольшой поток воздуха, направленный на усы мыши, мгновенно вызывал последовательность вращающихся по часовой стрелке волн, форма которых менялась в зависимости от выполнения животным задания и уровня возбуждения.
Функция пространственно-временных часов. Исследователи предполагают, что эти потоковые волны действуют как нейронные часы, определяющие последовательность ощущений, за которыми следуют действия, помогая мозгу предсказывать последовательности сенсорных сигналов и закреплять двигательные навыки.
Источник: Brain-wide topographic coordination of rotating waves
Спиральные волны нейронной активности мозга
В головном мозге возникают и распространяются спиралевидные волны нейронной активности. Вопрос в том: играют ли эти волны какую-либо глобальную роль в восприятии и интерпретации внутренних и внешних стимулов, и если играют – то какую? И влияют ли все те же волны на формирование памяти и двигательную активность?
Мы обнаружили новый тип мозговых волн, которые специфически вращаются в пространстве и времени, основаны на круговой анатомической цепи в сенсорной коре и проявляют свою активность во всем мозге.
Ник Штейнметц, доцент кафедры нейробиологии и биофизики Медицинской школы Вашингтонского университета в Сиэтле.
Мозг человека, мозг мышей, мозг млекопитающих
Ученые исследовали, как анатомическая структура головного мозга мыши координирует структуру и распространение волн. Источник волн – соматосенсорная область. Она же обрабатывает ощущения, испытываемые кожей и мышцами, а также сигналы о положении тела, позе и его конечностях, а также другие физические стимулы.
Нейроны, генерирующие эти вращающиеся волны, образуют в сенсорной коре головного мозга узор, напоминающий карусель. Их аксоны, вырабатывающие электрические сигналы, расположены по кругу. Это четкий архитектурный стиль, словно качели на огромной карусели, задает спиральное движение мозговых волн.
Сами же волны протекали по обоим полушариям головного мозга мыши и координировались между сенсорными и моторными отделами мозга. Ученые заметили, что спиральные волны также совпадали по времени с импульсами, обнаруженными в более глубоких областях мозга, связанных с функциями низкого уровня. Есть четкая корреляция между активностью волн и активностью таламуса, стриатума и среднего мозга.
Какова роль спиральных мозговых волн?
Поскольку эти спиралевидные волны распространяются в разные области мозга, теоретически они поддерживают обмен информацией между частями мозга, отвечающими за различные, но взаимозависимые функции. Например, взаимодействие между сенсорной корой и моторной корой головного мозга критически важны для ориентации в окружающей среде и произвольных движений.
Ученые контролировали создание этих волн, обдувая направленным потоком воздуха лицевые вибриссы мышей. Этот стимул вызывал последовательность вращающихся по часовой стрелке волн нейронной активности в правой сенсорной коре с соответствующими волнами в моторной коре.
Ученые также поощряли мышей в игре по поиску предметов. Для этого мышам требовалась координация движений лап и глаз. Ученые заметили вращающиеся колебания мозговых волн, которые менялись в зависимости от состояния возбуждения мыши и ее успеха в выполнении задания.
Спиральные волны мозга как координаты времени/пространства
Ученые предполагают, что такие волны могут служить пространственно-временными часами, задавая последовательность событий: от ощущения до действия. Волны также могут способствовать формированию связей, которые становятся более прочными при выполнении зрительно-моторных задач. Проникая через несколько областей мозга, такие волны дают мозгу возможность предсказывать последовательности и координировать реакции.
В этом разрезе рекомендую отдельные два лонгрида, и это действительно объемные материалы. Первый: это огромный диалог двух докторов нейробиологии о том, как работает процесс синхронизации мозга. В разрезе собранности и готовности действовать в моменте, ради преследования долгосрочных целей и черпании опыта из пережитых событий.
Второй: более эксцентричный. В нем антрополог Теренс Маккенна приводит в пример разные культуры цивилизаций, как древних, так и не очень, показывая сколь призрачно описание времени. Представлять время как линию, замкнутый цикл, периоды – бессмысленно и очень упрощенно. И что попытка «охватить разумом» синхронизацию временных линий всегда была вплетена в социум человека.
Ответы на ключевые вопросы:
В: Каким образом эти недавно обнаруженные спиральные мозговые волны физически перемещаются по коре головного мозга?
О: Волны распространяются, следуя строго специфической круговой архитектуре расположения нейронов в соматосенсорной области головного мозга. Аксоны этих нейронов физически расположены в непрерывном круговом порядке, подобно люлькам карусели. Такая структура естественным образом направляет распространение электрических сигналов как отчетливый вихрь, перемещающийся в пространстве и времени.
В: Какова роль этих волн в синхронизации разных частей мозга?
О: Эти волны работают как коммуникационный мост. Чаще всего они возникают в сенсорной коре, но быстро пересекают функциональные границы и попадают в моторную кору. Они также идеально зеркально отражаются в обоих полушариях и синхронизируются по времени с нейронной активностью в глубинных подкорковых узлах, таких как таламус и стриатум, позволяя отдельным, но взаимозависимым системам мозга беспрепятственно обмениваться информацией.
В: Почему ученые считают, что эти вихреобразные волны ведут себя как «пространственно-временные часы»?
О: Исследователи заметили, что характер волн меняется в зависимости от внутреннего состояния возбуждения животного, успешности в выполнении координационных задач. Поскольку эти волны плавно распространяются по нескольким областям мозга, считается, что они служат пространственно-временными часами, которые задают точную последовательность событий от ощущения до физического действия. Этот постоянный поток помогает мозгу предсказывать будущие сенсорные сигналы и идеально рассчитывать время своих двигательных реакций.
Свои вопросы вы можете смело оставить в комментариях к статье, и я на них отвечу. Больше переводов новостей – вы найдете в профиле на этом ресурсе.
Связаться напрямую можно или по почте: filipp.donchev@gmail.com
Или в Телеграме
Понимать сильные стороны своих недостатков, улучшать адаптивность и применять знания о мозге на практике – обо всем этом читайте на канале.