US Ads

вторник

Как мозг хранит информацию в течение коротких периодов времени

Несколько лет назад немецкий биолог Аристидес Арренберг (Dr. Aristides Arrenberg) из Фрайбургского университета совместно с американскими коллегами изучал механизм кратковременной памяти, используемый мозгом для хранения информации в течение короткого промежутка времени. Результаты данного исследования затем были опубликованы в нейробиологическом научном журнале Nature Neuroscience в августе 2011 года.

Суть исследования состояла в том, что человек способен на некоторое время удерживать небольшой объем информации в своей кратковременной памяти (short-term memory, STM). В этом процессе участвуют клетки нескольких нейронных цепей, которые хранят информацию путем поддерживания постоянного уровня своей активности. Кратковременный внешний раздражитель или возбуждающий фактор вызывает активность нейронов и эта деятельность поддерживается буквально в течение нескольких секунд.

Ученые из разных стран отмечают, что похожее явление происходит в очень многих областях мозга, но механизм такого хранения информации еще не достаточно изучен и мало описан. 

Согласно опубликованным в нейробиологическом научном журнале данным, международная группа исследователей изучала постоянную деятельность в цепи заднего мозга, ответственного за движениями глаз у пресноводных рыбок данио-рерио (zebrafish). Любители аквариумов хорошо знают эту рыбку под названием "дамский чулок". Эта цепь нейронов мозга называется глазодвигательной системой, управляющей быстрым движением глаз путем специальных нервных клеток, которые продуцируют мимолетную последовательность потенциалов действия. 


Zebrafisch
Фото рыбки Данио-рерио. 
By Azul (Own work) [Copyrighted free use], via Wikimedia Commons

С одной стороны, кратковременная последовательность потенциалов действия вызывает всплеск нервных импульсов в виде "взрыва огня", который достигает нейронов, отвечающих за движение глаз. В свою очередь, всплеск импульсов вызывает быстрое и одновременное движение глаз между точками закрепления в одном направлении, называемое саккада (saccade).

С другой стороны, кратковременная последовательность потенциалов действия также передается на вторую популяцию нервных клеток, так называемый нейронный интегратор для движения глаз, где скорость сигнала (импульса) математически интегрируется. Одновременно с этим создается сигнал положения для глаз. 

Когда этот сигнал передается на двигательные нейроны, то таким образом производится, как в рыбе, так и в организме человека, устойчивое положение глаз после быстрого движения глаз. Нейронный интегратор сохраняет этот сигнал в течение нескольких секунд, пока новый саккада не инициируется.

Стойкая деятельность в нервном интеграторе для положения глаз никогда не бывает совершенной, поэтому зрительная настройка глаз постепенно возвращается к своей точке отдыха после саккады. Авторы исследования имели возможность измерить динамику системы при спонтанном движений глаз в темноте и затем тестировали модель поведения без измерения искажения команды саккада или визуальной обратной связи.

Согласно опубликованным материалам, ученые-биологи обнаружили, что вопреки ранее распространенному мнению клетки нервного интегратора для движений глаз не представляют собой гомогенную (однородную) популяцию и что существующие модели для объяснения постоянной деятельности в глазодвигательной системе должны быть пересмотрены. Ученые показали, что нейроны интегратора не обладают единой динамикой и, что нейроны распределяются в заднем мозге с помощью своей системы реагирования на изменения в виде постоянных величин времени.

Как утверждают авторы исследования, эти данные предоставили новые доказательства по организации и функционированию нейронных цепей с постоянной деятельностью и предложили потенциальное объяснение их низкой чувствительности к неудаче. Проведенное исследование стало важной вехой в поисках сети неврологии для объяснения функционирования местных нейронных схем, а также для объяснения разрыва между функционированием одинарного нейрона и выработкой его поведения.

Ссылки

Этот обзор составлен на основе пресс-релиза Фрайбургского университета (Германия). Эти материалы могли быть изменены при переводе для содержания и длины текста обзора. За дополнительной информацией обращаться к первоисточнику.

Researchers Show How the Brain Stores Information for Short Periods of Time in the Journal Nature Neuroscience
http://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2011/pm.2011-08-24.198-en

Andrew Miri, Kayvon Daie, Aristides B Arrenberg, Herwig Baier, Emre Aksay, David W Tank. Spatial gradients and multidimensional dynamics in a neural integrator circuit. Nature Neuroscience, 2011; DOI
http://www.nature.com/neuro/journal/v14/n9/full/nn.2888.html