Мультиплексування в мозку

Вперше показано незалежне кодування орієнтації та руху

Мозок одночасно кодує орієнтацію та рух предмета. Вікно горизонтальної смуги було показано на екрані (накреслено праворуч), а потім переміщено вниз. Зліва направо: огляд поверхні мозку та 20-мілісекундний знімок активних зон камери. Темного кольору (червоно облямована) - це ділянки, в яких нервові клітини все активніше, які кодують горизонтально орієнтовані краї. На цю схему накладаються активні хвилі (позначені червоним хвилею гребеня активації, синя низька амплітуда), що рухаються у напрямку та швидкості решітки. Вперше було видно, як інформація в мозку про орієнтацію предмета та його рух одночасно обробляється та передається окремо. © Jancke / RUB
читати вголос

Мій потяг чи потяг навпроти? Це часто можна впізнати лише тоді, коли, дивлячись у вікно, виявлено відносні рухи контурів у різних місцях. Але як ці різні відомості одночасно каналізуються через одну і ту ж мережу мільйонів активованих нервових клітин у мозку? Це те, що вперше показали неврологи.

"Нервові клітини синхронізуються з різними партнерами на різних частотах", - пояснює Дірк Янк з Університету Рура в Бохумі в журналі "NeuroImage". Це призводить до накладених моделей діяльності, кожна з яких зображує напрямок, швидкість та орієнтацію предметів. Вчені Бохума разом з колегами з університету Оснабрюка демонструють це "мультиплексування мозку" за допомогою нової методики візуалізації під назвою "Оптична візуалізація в реальному часі".

Оптичне вимірювання мозкової активності в режимі реального часу

Оптичний процес використовує властивості певних флуоресцентних барвників: вони накопичуються в мембранах нервових клітин і змінюють свою інтенсивність світла щоразу, коли клітини отримують або випромінюють електричні імпульси. Система камер високої роздільної здатності забезпечує виявлення діяльності нервових клітин на кількох квадратних міліметрових ділянках мозку.

Рух контурів предмета вперше робиться видимим у мозку

В якості візуального стимулу вчені використовували прості, чорно-білі смугасті візерунки, які рухалися по монітору з постійною швидкістю. Такі подразники грат використовуються більше 50 років для дослідження зорової системи та належать до стандартного репертуару в медичній діагностиці зорових порушень.

Тим не менш, сигнали мозку, які одночасно представляють орієнтацію подразника решітки та її просторове переміщення, до цього часу не знайдені. Дослідники змогли вперше виявити ці дуже малі сигнали. Нарешті, для того, щоб мати можливість їх візуалізувати, були необхідні подальші обчислювальні методи математичного аналізу. дисплей

Області мозку вибирають частоту

Оптична візуалізація показує, як орієнтація предметів через конкретні шаблони діяльності так званих карт зображується у первинній зоровій корі мозку. На цих картах локальні групи нервових клітин представляють певні крайові орієнтації, наприклад горизонтально або горизонтально. В результаті виходить своєрідна крапкова картина на поверхні мозку, розташування якої відображає орієнтацію показаного подразника решітки.

"Завдяки нашому новому процесу візуалізації ми бачимо додаткові хвилі активності, які рухаються по поверхні мозку як смугастий малюнок. Тобто карти руху, швидкість та орієнтація представлені окремо. Це допомагає вирішити двозначності, оскільки вони часто трапляються в природних послідовностях зображення, - каже Янке.

Отримані в результаті просторово-часові коливальні структури можуть бути індивідуально перенесені на наступні ділянки мозку та інтерпретуватися. Jancke використовує порівняння для ілюстрації: Radios одночасно отримують постійний потік інформації про радіохвилі. Щоб мати можливість чути певну станцію, ми спеціально вибираємо її частоту. Наприклад, наступна область мозку могла б проаналізувати орієнтацію об'єкта, а інші одночасно обробляють його напрямок руху та швидкість

Використовуйте більш складні подразники

На майбутнє вчені сподіваються отримати подальше розуміння паралельної обробки в реальному часі мозку за допомогою використання більш складних зорових стимулів. Очевидно, природні образи, яким ми щодня піддаємось, ефективно обробляються. "Захоплюючим є з'ясування того, як наш мозок щоразу створює стійкі сенсорні враження від цієї складної інформації", - каже Янке. (Neuroimage, 2011; http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroimage.2011.01.004)

(Ruhr-University Bochum, 28.03.2011 - DLO)