Результаты эксперимента
Команда заметила, что отдельные нейроны имеют тенденцию "стрелять" либо в ранней, либо в более поздней части сигнала, и они обнаружили интригующие различия между этими двумя группами. "Ранние" нейроны были "болтунами" с высокой базовой активностью, в то время как "поздние" нейроны были более вялыми с более низкой средней активностью.
"Нейроны, которые быстро стреляют, похожи на разговорчивых людей, они активны во многих ситуациях",
- объясняет Бузсаки.
"Большинство обычно не стреляют, но как только они стреляют, это означает нечто очень важное".
В гиппокампе содержатся нейроны, специализирующиеся на навигации, называемые "клетками места", которые стреляют, когда животное находится в определенном месте. Исследователи обнаружили, что нейроны, стреляющие в поздней части длинных пульсаций (либо спонтанно, либо искусственно пролонгированные), более высоко настроены на местоположение. Предыдущие исследования показывают, что одной из функций пульсаций может быть "воспроизведение" воспоминаний. Новые данные подтверждают эту идею и предполагают, что их удлинение набирает дополнительные нейроны для генерации сигнала, чья активность имеет отношение к поставленной задаче.
"Когда они увеличивают длину пульсаций, они рекрутируют клетки, которые оживляют пути, по которым идут животные",
- объясняет Джадхав.
"Это может быть механизм когнитивного поиска всех доступных путей, который другие области мозга могут считывать и действовать".
Значение экспериментов
Исследователи надеются, что эта работа, в конечном счете, поможет разработать способы лечения типичных проблем с памятью, которые возникают при возрастном когнитивном упадке или болезни Альцгеймера. Проблемы с обучением также могут быть решены. Методы, используемые в экспериментах, было бы сложно применить к человеку, так как они являются инвазивными и связаны с генетическими манипуляциями, но Бузсаки говорит, что они работают над неинвазивными методами.
Недавнее исследование, опубликованное в апреле и во главе с нейробиологом Робертом Рейнхартом из Бостонского университета, эксперты использовали слабые электрические токи, применяемые к скальпам пожилых участников экспериментов, чтобы получить увеличение производительности рабочей памяти, сопровождается большей синхронностью между колебаниями определенных (тета) частот в различных областях коры головного мозга.
"Есть интригующие точки связи между элегантной работой команды Бузсаки и исследованиями, проведенными в моей лаборатории",
- говорит Райнхарт.
"Исследования в области системной и когнитивной нейронауки закладывают критический фундамент фундаментальной науки, который может открыть совершенно новое направление в циркулирующей терапии для профилактики и лечения нарушений мозга".
Проблемой с существующими неинвазивными методами, такими как транскраниальная магнитная стимуляция, или транскраниальная электростимуляция техника, используемая в исследовании Рейнхарта, является их неспособность проникнуть в мозг, поэтому манипулировать сигналами в глубоко сидящем гиппокампе трудно. Запись из глубины мозга неинвазивно еще более сложна. Одним из возможных решений было бы сделать вывод, когда пульсация происходит в гиппокампе от активности, записанной с поверхности мозга.
"Там может быть очень специфическая картина, скажем, префронтальной активности, которая предшествует этим событиям и производит пульсации в гиппокампе. Но мы пока не понимаем, как это выглядит",
- говорит Райнхарт.
Кроме того, изменение активности коры головного мозга с помощью этих методов может, как следствие, повлиять на активность в гиппокампе.
"Мы знаем, что эти острые волны могут быть специфическими неокортикальными паттернами",
- говорит Бузсаки.
"На самом деле, многие компании пытаются воздействовать на память, изменяя неокортикальные паттерны".
Наконец, инвазивные методы, похожие на имплантаты, используемые для обнаружения и вмешательства в припадки при эпилепсии, могут быть использованы либо для обнаружения, либо для манипулирования пульсациями, или и то, и другое. Инвазивные и неинвазивные методы могут быть даже объединены.
"Пока вы можете измерить эти события и придумать какой-нибудь способ манипулировать ими, у вас есть возможность улучшить работу системы",
- говорит Фрэнк.
"Там есть целый мир возможностей".