нейроны

Человеческие нейроны лучше, чем обезьяньи, умеют комбинировать разные импульсные паттерны, но хуже синхронизируются друг с другом.

Нейробиологи впервые обнаружили различия между «программным обеспечением» человека и мозга обезьян, используя технику, которая отслеживает отдельные нейроны. Они обнаружили, что человеческий мозг компенсирует «надежность» — меру того, насколько синхронизированы нейронные сигналы — для большей эффективности в обработке информации. Исследователи предполагают, что результаты могут помочь объяснить уникальный интеллект человека, а также его восприимчивость к психическим расстройствам.
Результаты были опубликованы в Cell1 17 января.

мозг-деятельностьУченые говорят, что этот тип необычного исследования может помочь им лучше перенести исследования на животных моделях психиатрических заболеваний в клинику.
В исследовании использовался редкий набор данных об активности отдельных нейронов, собранных глубоко в головном мозге людей с эпилепсией, которые подвергались нейрохирургии, чтобы определить происхождение их состояния. Техника настолько сложна, что только несколько клиник по всему миру могут участвовать в исследованиях такого типа.
В исследовании также использовались аналогичные существующие данные от трех обезьян и собрана информация о нейронах от двух других.

За десятилетия нейробиологи обнаружили много тонких и значительных различий в анатомии — аппаратных средствах — мозга человека и других приматов. Но в последнем исследовании вместо этого рассматривались различия в сигналах мозга.

«Существует четкое различие в поведении и психологии между людьми и приматами, не являющимися людьми», — говорит Марк Харнетт из Массачусетского технологического института в Кембридже, который изучает, как биофизика нейронов влияет на нейронные вычисления. «Теперь мы видим эту разницу в биологии мозга — это чрезвычайно ценное исследование», — говорит Марк.

В исследовании участвовали Рони Паз из Научного института Вейцмана в Реховоте, Израиль, который изучает динамику нейронной схемы, участвующей в обучении у макак, и нейрохирург Ицхак Фрид из Калифорнийского университета,

Исследования Пас посвящены двум очень разным областям мозга. Одним из них является миндалина, эволюционно примитивная область, которая лежит в основе базовых навыков выживания, таких как бегство от наступающего тигра. Другой — более развитая поясная кора, которая обрабатывает более сложные когнитивные поведения, такие как обучение.
жадность обезьян 6Пас хотел выяснить, как нейроны в этих регионах у обезьян могут отличаться от их эквивалентов у людей. Он обратился к Фриду, который впервые применил методику регистрации одиночных нейронов у людей с эпилепсией, которые не отвечают на медикаментозное лечение.
Эти пациенты могут пройти курс лечения, который включает в себя введение в мозг ряда тонких электродов для регистрации электрической активности и, таким образом, точного определения происхождения их судорог. Пациенты остаются в больнице, пока не случится приступ;
Затем они подвергаются операции по удалению электродов и поврежденной мозговой ткани, которая является источником эпилептической активности. В ожидании судорог, пациенты часто участвуют в простых экспериментах, которые исследуют функцию мозга.

Пас и Фрид определили одно-данные по нейронам из миндалины и поясной коры в большом наборе данных, полученных от людей, которым имплантировали электроды вблизи этих областей мозга в ходе лечения, и они участвовали в исследовании памяти. Они сравнили два свойства активности этих нейронов с таковыми у обезьян.
Данные были собраны из почти 750 нейронов из двух областей мозга от пяти обезьян и семи человек. Они состоят из длинных серий пиков или молчания одиночных нейронов, зарегистрированных в течение нескольких часов. Исследователи искали данные для двух свойств: они определили надежность как уровень синхронности,
или почти синхронно, как при включении нейронов, так и при частом повторении схожих паттернов спайков, а также эффективности, когда в игре больше комбинаций паттернов.

Они обнаружили, что у обоих видов сигналы в миндалине были более устойчивыми, чем сигналы в поясной извилине. Но те, кто в поясной коре были более эффективными.
Обе области у людей были менее крепкими и более эффективными, чем у обезьян — поэтому люди пожертвовали некоторой устойчивостью для повышения эффективности.

Это имеет смысл, говорит Пас. Чем надежнее сигнал, тем менее он неоднозначен или подвержен ошибкам. «Если я вижу тигра, я хочу, чтобы все мои нейроны миндалины кричали:« Беги быстро! »» Но у высших видов,
например, у приматов мозг развивал более гибкие области — кору головного мозга — чтобы обеспечить более продуманную реакцию на окружающую среду животных, говорит Пас.

Люди пошли на компромисс дальше, чем другие приматы. По словам Паса, их более умные, но более подверженные ошибкам кортикальные слои могут объяснить их уязвимость к психическим расстройствам.
Это резонирует с другими теориями в нейропсихологии, которые предполагают, что синхронизация нейрональной активности в мозге может быть коррелирована с психозом или депрессией, говорит когнитивный нейробиолог Роберт Найт из Калифорнийского университета в Беркли. «Это направление исследований очень важно, потому что большинство исследований в области нейробиологии проводится на животных с предположением, что основной характер нейронной активности сохраняется у разных видов — и у людей », — говорит он.

Гипотеза о надежности и эффективности исследователей является важной гипотезой, которую необходимо изучить в дальнейших исследованиях,
говорит нейробиолог Кристофер Петков из Университета Ньюкасла, Великобритания. Прямые сравнения между наборами данных обезьяны и человека трудны, потому что трудно понять, находились ли эти два вида в сопоставимом состоянии, когда данные были собраны, отмечает он. Но такие сравнения «чрезвычайно ценны».
Паз говорит, что длительное время записи в его текущем исследовании, вероятно, сгладило любые различия в состояниях разума, но он планирует новые исследования, которые будут собирать данные от нейронов, в то время как обезьяны и люди выполняют аналогичные задачи, которые могли бы отслеживать определенное состояние ума, такие как беспокойство.
Трудно организовать исследования человеческого мозга из-за небольшого числа людей во всем мире, которые имеют право участвовать. У людей с эпилепсией хирурги помещают электроды только в области мозга, близкие к тому месту, где, по их мнению, возникают припадки, и эти области могут быть неинтересны для исследовательских вопросов. Фрид говорит, что каждый год
только 10–15 пациентов в его клинике принимают участие в исследованиях. Большинство подходящих пациентов стремятся участвовать, потому что «ждать в больнице скучно, и им интересно больше узнать о собственном мозге», отмечает Фрид.

У Национального института здравоохранения США есть поток финансирования для этих нейрохирургических исследований,
а также поддерживает исследования этики экспериментов внутри человеческого мозга, когда здоровье и благополучие пациентов не обязательно ставятся под угрозу. Но результаты одно-нейронных записей у людей с эпилепсией также важны для того, чтобы помочь ученым понять само состояние здоровья, говорит эпилептолог Андреас Шульце.
Bonhage из Университета Фрайбурга, Германия, который изучает, как познание может стать нарушенным у пациентов с эпилепсией. «Чем больше мы понимаем о человеческом мозге в целом, тем больше у нас будет вариантов лечения».

Добавить комментарий