Сочетание прогнозирующих математических моделей и лабораторных экспериментов, проведенных Международной школой передовых исследований (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, SISSA, Италия) пролило свет на несколько механизмов, стоящих за явлением кодирования информации, пишет eurekalert.org.

По словам ученых, наш мозг работает «как книга, в которой отдельные страницы несут небольшие части общего текста, или как группа людей, которые насвистывают очень похожую мелодию». Это феномен «взаимосвязи», при котором отдельные нейроны не всегда действуют как независимые единицы в получении и передаче информации, а часто как группа людей с похожими и одновременными действиями.

Наблюдая за электрической активностью этих клеток в лаборатории, вместе с использованием компьютеризированных математических моделей группа исследователей во главе с профессором Микеле Джулиано из SISSA впервые пролила свет на клеточные механизмы, лежащие в основе этих корреляций. В ходе исследования ученые исследовали возбуждающие нейроны, предназначенные для стимулирования электрической активности других нейронов, и тормозные нейроны, предназначенные для подавления их активности.

«Наше открытие говорит нам, что возбуждающие клетки предпочитают индивидуальность и не обмениваются между собой большим количеством сообщений, в то время как ингибирующие клетки действуют вместе как единое целое. Это позволяет нам добавить новую информацию к пониманию того, как нейроны организуют информацию в мозге. Информация всегда представлена электрической активностью групп клеток», – объясняет профессор Джульяно.

Исследование, поясняют авторы, было проведено с использованием комбинации математических моделей, предназначенных для прогнозирования электрического поведения нейронов, и непосредственных наблюдений, проведенных на нейронах в лаборатории. Это очень интересный комплексный подход по разным причинам.

Джульяно объясняет: «Сопровождение экспериментального открытия теорией усиливает его влияние. Более того, поскольку наши модели максимально просты, мы можем сосредоточить наше понимание на биологических механизмах, а не на описании исключительно их эффекта. Этот подход стоит за текущим прогрессом в нейробиологии и открывает очень интересные направления исследований в области исследований мозга».

Избыточность электрической активности нейронов коры головного мозга, также называемая ко-изменчивостью, известна в течение некоторого времени. Сходство в поведении касается как входных данных, которыми обмениваются нейроны, так и их выходных данных, а именно ответа после входящего сообщения. Пока не совсем известно, «как подобные входы генерируют одинаковые выходы, с точки зрения клеточных механизмов. Поэтому выяснение этих механизмов и изучение того, как различные типы клеток участвуют в этом явлении, является фундаментальным шагом в окончательном понимании сложных цепей мозга».

Джульяно продолжает: «Изучая биофизические характеристики этого явления, мы заметили, что возбуждающие нейроны имеют тенденцию препятствовать избыточности их выходов, возможно, потому что их действие должно быть однозначным и более информативным, учитывая, что их сообщения исходят из коры. Ингибирующие нейроны делают наоборот: эти клетки, как правило, работают вместе, используя эту избыточность для синхронизации и усиления своих эффектов. Мы до сих пор не можем полностью объяснить роль корреляций в мозге, но мы, безусловно, обнаружили, что эти две категории нейронов должны рассматриваться в новом свете: они не идентичны».

Тем не менее, это еще не все.

Джульяно заключает: «Это исследование является наиболее точным экспериментальным подтверждением простой математической теории, которая описывает, как электрическая активность нейронов проявляется и изменяется во времени».