Эксперимент показал универсальность большинства нейронов коры

Десятилетиями ученые находили нейроны с уникальными, казалось бы, задачами. Идентифицированы клетки места, которые активируются в ответ на определенное местоположение, зеркальные нейроны, помогающие нам, как считается, интерпретировать чужие действия, и даже нейроны, реагирующие на все, что связано с Дженнифер Энистон. Все эти открытия складываются в представление о мозге как наборе узкоспециализированных клеток.

Новое исследование в журнале Nature ставит под сомнение эту парадигму. Его авторы утверждают, что большинство нейронов коры головного мозга — на самом деле «мастера на все руки».

«Те [специфичные] нейроны — скорее исключение, чем правило», — говорит профессор Стефано Фузи из Колумбийского университета, руководивший исследованием.

По его словам, более распространенные универсальные клетки «могут быть так же важны или даже важнее, чем те [специализированные] нейроны, которые мы выделяли раньше».

В исследовании 2013 года Фузи заметил у обезьян нейроны со «смешанной избирательностью» — клетки, которые одновременно реагируют на множество различных параметров, связанных с задачей. Но тогда было непонятно, насколько широко они распространены в мозге млекопитающих.

Теперь профессор и его коллеги обратились к данным Международной лаборатории по изучению мозга. В этом проекте собрана информация об активности отдельных нейронов по всему мозгу более чем у 100 мышей в процессе принятия ими решений. Задача заключалась в том, чтобы найти изображение на левой или правой стороне экрана и переместить его в центр, быстро вращая колесико.

Специализированные нейроны все-таки есть

Оказалось, что единственные зоны, где собраны нейроны с узкими задачами — это специализированные сенсорные участки коры, например первичная зрительная кора. В большинстве же других отделов мозга нейроны реагируют на самые разные аспекты задания. К примеру, клетки за пределами зрительной коры тоже, судя по всему, участвуют в обработке изображения, а также в определении стороны экрана и в побуждении движения для вращения колесика.

Кроме того, обнаружилось, что большинство нейронов не реагируют одинаково на один и тот же стимул. Например, соматомоторные области, связанные с планированием движений, активируются в ответ на облизывание и движения вибрисс. Другие области тоже откликались, но уже не так выражено. Это говорит о том, что, хотя специализация существует, отдельные нейроны в целом не сосредоточены исключительно на каком-то одном типе информации.

Наличие множества нейронов, которые реагируют на один и тот же стимул каждый по-своему, помогает максимизировать объем информации, который мозг способен обрабатывать. Это, вероятно, означает, что такие нейроны-универсалы вносят вклад в целый спектр задач, включая память, познание, принятие решений и восприятие.

Надо признать, что решавшаяся мышами задача не отличалась сложностью. Набор более комплексных и многомерных заданий мог бы прояснить, когда отдельные нейроны фокусируют свои реакции на одном аспекте действия, а когда — на другом, полагает Фузи.

Теперь нужно проверить на людях

Сейчас он и его команда сотрудничают с исследователями, работающими с приматами, а также с пациентами, которых оставляют в сознании во время операций на открытом мозге (например, при лечении эпилепсии), чтобы проверить, применимы ли результаты, полученные на мышах, к людям.

Во всех этих исследованиях нейробиолог надеется сместить акцент с изучения роли отдельного нейрона на анализ паттернов активности сразу множества клеток.

«Очень сложно делать выводы, рассматривая нейроны по одному. [Надо] смотреть на все нейроны одновременно. Именно так мозг и работает, ведь каждый нейрон в нем получает сигналы не от одного-единственного другого нейрона. Каждый нейрон видит 10 000 других, которые соединены с его дендритным деревом», — заключил он.