Нейронная изменчивость обеспечивает важную основу того, как мы воспринимаем мир и реагируем на него.
Нейронная активность мозга нерегулярна и меняется от одного момента к другому. На сегодняшний день считается, что этот кажущийся «шум» вызван случайными естественными вариациями или ошибкой измерения. Однако исследователи из Института развития человека Макса Планка показали, что эта нейронная изменчивость может предоставить уникальное окно в функции мозга. В новой статье Perspective, опубликованной в журнале Neuron , авторы утверждают, что исследователям нужно больше сосредоточиться на нейронной изменчивости, чтобы полностью понять, как поведение возникает из мозга.
Когда нейробиологи исследуют мозг, кажется, что его активность постоянно меняется. Иногда активность бывает выше или ниже, ритмична или нерегулярна. В то время как усреднение мозговой активности служило стандартным способом визуализации того, как мозг «работает», нерегулярные, кажущиеся случайными паттерны в нейронных сигналах часто игнорировались. Поразительно, что такие нарушения нейронной активности появляются независимо от того, оцениваются ли отдельные нейроны или целые области мозга. Мозг просто всегда кажется «шумным», что заставляет задуматься о том, что такая постоянная нервная изменчивость может рассказать о функциях мозга.
В ходе множества исследований за последние 10 лет исследователи из Группы нейронной динамики продолжительности жизни (LNDG) Института развития человека Макса Планка и Центра вычислительной психиатрии и исследований старения Университета Макса Планка систематически изучали «шум» мозга, показывая, что нервная изменчивость имеет прямое влияние на поведение. В новой статье Perspective, опубликованной в журнале Neuron , LNDG в сотрудничестве с Университетом Любека выдвигает на первый план то, что в настоящее время является существенным свидетельством, подтверждающим идею о том, что нейронная изменчивость представляет собой ключевое, но недооцененное измерение для понимания взаимосвязей между мозгом и поведением. «Животные и люди действительно могут успешно адаптироваться к требованиям окружающей среды, но как может возникать такой поведенческий успех перед лицом нейронной изменчивости? Мы утверждаем, что нейробиологи должны бороться с возможностью того, что поведение может возникать из-за нейронной изменчивости, а не вопреки ей. - говорит Леонард Вашке, первый автор статьи и постдокторант LNDG.
Недавнее исследование LNDG, опубликованное в журнале eLife, демонстрирует прямую связь между нейронной изменчивостью и поведением. Активность мозга участников измерялась с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), пока они реагировали на слабые визуальные цели. Когда людей просили обнаруживать как можно больше визуальных целей, нейронная изменчивость обычно увеличивалась, тогда как ее снижали, когда участников просили избегать ошибок. Важно отметить, что те, кто лучше приспособился к своей нейронной изменчивости к этим требованиям, лучше справились с задачей. «Чем лучше мозг может регулировать свой« шум », тем лучше он может обрабатывать неизвестную информацию и реагировать на нее. Традиционные способы анализа активности мозга просто игнорируют все это явление». говорит постдокторант LNDG Нильс Клоостерман, Нейрон .
LNDG продолжает демонстрировать важность нейронной изменчивости для успешного поведения человека в продолжающейся серии исследований. Независимо от того, просят ли человека обработать лицо, запомнить объект или решить сложную задачу, для оптимальной когнитивной деятельности, по-видимому, требуется способность модулировать изменчивость от момента к моменту. «Нейробиологи наблюдали этот« шум »в мозге на протяжении десятилетий, но не поняли, что он означает. Растущий объем работ нашей и других групп подчеркивает, что нейронная изменчивость действительно может служить незаменимым сигналом поведенческого успеха сама по себе «С ростом доступности инструментов и подходов для измерения нейронной изменчивости, мы рады, что такая гипотеза теперь может быть немедленно проверена», - говорит Дуглас Гарретт, старший научный сотрудник и руководитель группы LNDG.