Новооткрит мозъчен механизъм ни помага да се справяме с изненадите

Н ови изследвания отварят прозорец към механизма за прогнозиране на мозъка, показвайки как две области на мозъка работят заедно, когато се случи нещо неочаквано. Освен че предлагат по-задълбочен поглед върху начина, по който мозъкът ни постоянно работи, за да запълни празнините и да отгатне какво ще последва, откритията биха могли да помогнат на хората, които изпитват затруднения с възприемането и обработката на сетивата.

„Бях дълбоко запленен от факта, че мозъкът ни функционира като машина за предсказване. Той използва предварителни знания - това, което невролозите наричат „вътрешен модел“, съхраняван в мозъка - за да предвиди усещанията и резултатите от нашите действия“, казва първият автор д-р Шохей Фурутачи.

Но какво става, когато тези прогнози се окажат погрешни?

„Когато има несъответствие между очакваното и действително случилото се, наречено грешка в прогнозата, мозъкът използва тази информация, за да актуализира вътрешния модел и да насочи вниманието ни към неочаквани събития“, разказва Фурутачи. 

Колкото и важен да е този процес, за него се знаеше много малко, което вдъхнови Фурутачи и екипа да започнат своето изследване.

Екипът поставя мишки в среда на виртуална реалност, след като ги е обучил да тичат непрекъснато, докато получават периодична награда - близане на ягодово мляко. Докато мишките тичали по „коридора“, експериментаторите успели да манипулират средата, за да въведат неочаквани изображения по стените.

Докато мишките се движеха из виртуалния свят, с помощта на техника, наречена двуфотонно калциево изображение, беше регистрирана активността на невроните в първичната зрителна кора - първата спирка за информация от очите. 

Те откриват, че когато мишките се сблъскват с неочакван стимул, мозъкът избирателно повишава активността на невроните, които са най-настроени към този стимул. Това не е общ сигнал „нещо не е наред“ - по-скоро мозъкът обръща внимание конкретно на това, което в зрителната среда е извън неговите предвиждания.

С помощта на оптогенетика - използване на светлина за активиране или заглушаване на групи неврони - екипът успява да стесни нещата до две отделни групи клетки, които са ключови за този сигнал за грешка в предсказването. 

„Най-забележителното откритие от нашето проучване е синергичното взаимодействие между неокортекса и таламуса от по-висок порядък. Открихме, че когато специфични инхибиторни интерневрони в неокортекса, известни като VIP неврони, са неактивни, таламокортикалният вход потиска кортикалната активност. Когато обаче тези неврони са активни, таламусният вход засилва кортикалните реакции“, казва Фурутачи.

„По същество VIP невроните действат като превключвател, активиран от грешките в сензорните прогнози, за да диктуват как таламокортикалните входове да взаимодействат с неокортекса.“

Известно е, че неокортексът и таламусът са тясно свързани и дори са еволюирали заедно, но е трудно да се определи как точно си взаимодействат.

„Исторически погледнато, тази област на изследване е била обект на много дебати и дори шеговито е била наречена „гробът на амбициозните докторанти“ поради своята сложност и противоречивия характер на резултатите от изследванията“, каза ни Фурутачи.

„Нашето откритие на това синергично взаимодействие може да разреши някои от тези дългогодишни противоречия и да осигури по-ясно разбиране на начина, по който тези критични мозъчни региони си взаимодействат“, каза още той.

Изследването е ограничено до мишки, но тъй като невронните вериги, които изследвахме при мишки, са запазени при хората, очакваме, че тези открития наистина могат да се пренесат при хората.

„Бъдещите проучвания биха могли да потвърдят нашите резултати с помощта на усъвършенствани техники, които позволяват на невролозите да изследват сетивната обработка на хората на ниво отделни клетки, като използват неинвазивни или минимално инвазивни методи“, каза Фурутачи.

Този тип изследвания биха могли да бъдат много важни за разбирането на състояния и разстройства, които засягат възприятието, като например разстройства от шизофренния спектър (РШС). 

„ССД може да включва неправилни вътрешни модели на света поради намалената сигнализация за грешки в предсказването, което води до неправилно сетивно възприятие дори при липса на сетивен вход - халюцинации“, обяснява Фурутачи.

Обратно, при аутистите разликите в сигнализирането на грешки могат да обяснят свръхчувствителността на сетивата, която много от тях изпитват: „Прекалено точните прогнози или невъзможността за правилно актуализиране на прогнозите могат да доведат до прекомерни сигнали за грешка при прогнозиране и следователно до свръхчувствителност към сетивните стимули, което затруднява игнорирането на несъществени детайли.“

Фурутачи и екипът му сега планират да изследват два от ключовите компоненти на тези сигнали за грешки в прогнозите: как мозъкът изобщо прави своите прогнози и как изчислява грешките. 

„Като хвърляме светлина върху тези основни механизми ние целим да осигурим фундаментално разбиране за това как ефективно възприемаме света,“ казва Фурутачи.

Не пропускайте най-важните новини - последвайте ни в Google News Showcase