«Разделяй и властвуй»: как в мозге кодируются звуки

22 июля 2018

В эксперименте, посвященном тому, как мозг обезьян обрабатывает звук, команда нейробиологов и статистиков из Университета Дьюка обнаружила, что один нейрон может кодировать информацию о двух разных звуках. Для этого он умеет переключаться между сигналом, связанным с одним звуком, и сигналом, связанным с другим звуком. Подробности этого опубликованы в журнале Nature Communications.

Credit:Neurosciencenews.com


Эта работа объясняет, как мозг обрабатывает сложную информацию, поступающую из окружающего нас мира, а также может дать представление о некоторых когнитивных ограничениях.

Наш мозг способен анализировать сразу несколько звуковых раздражителей: например, слушать друга на вечеринке с музыкой, играющей на фоне, или выделять стрекотание цикады на фоне птичьих трелей. Чтобы смоделировать подобную ситуацию в эксперименте, обезьян в затемненной комнате обучали смотреть в направлении звуков, которые они слышали. Исследователи воспроизводили либо один, либо два звука, каждый из которых находился на другой частоте и издавался из разных мест.

Когда два стимула звучали вместе, обезьяны смотрели сначала в направлении одного, а затем в направлении другого звука. Это говорило, что обезьяны животные улавливали два разных звука.

Чтобы узнать, как мозг обезьян реагировал на оба импульса одновременно, команда установила электроды в нижних коленчатых телах – структурах, играющих ключевую роль момент в слуховых путях мозга. По ним ученые измеряли малые пики в локальном электрическом поле, которыми выражались потенциалы действия нейронов. В задачу входило подсчитать, сколько пиков образуется в течение определенного периода времени, и вычислить среднее.

Однако, этот метод обладал своими слабыми сторонами, нивелируя различия в нейрональной активности, поэтому исследователи применили комбинацию статистических методов, включая один из новых, называемых моделью процесса динамической аддитивной точки. Его разработали также в Университете Дьюка для создания более подробных шаблонов данных.

Ученые обнаружили, что один нейрон может реагировать на один звук с одной скоростью потенциалов действия, а на другой – с другой скоростью соответственно. Если же оба звука воспроизводились одновременно, он будто колебался между двумя вариантами своей активности.

Иногда эти колебания были достаточно быстрыми, чтобы нейроны переключались в течение половины секунды, а в других случаях переключение происходило медленнее.

Авторы считают, что эти данные помогают раскрыть работу мозга и в других обстоятельствах, когда он должен разделять «области влияния» с ограниченным набором нейронов: например, в будущем чуть лучше понять механизмы памяти.


Текст: Анна Хоружая

Single neurons may encode simultaneous stimuli by switching between activity patterns by Valeria C. Caruso, Jeff T. Mohl, Christopher Glynn, Jungah Lee, Shawn M. Willett, Azeem Zaman, Akinori F. Ebihara, Rolando Estrada, Winrich A. Freiwald, Surya T. Tokdar & Jennifer M. Groh in Nature Communications. Published July 2018.

doi:10.1038/s41467-018-05121-8

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.