Мозг обрабатывает информацию с помощью волн

Мы представляем мозг как огромную совокупность нервных клеток, соединённых друг с другом множеством контактов-синапсов. Разные клетки отвечают за разные задачи: в мозге есть области, управляющие движениями, есть управляющие эмоциями, памятью, принимающие сигналы от органов чувств и т. д.
Активность отдельного нейрона зависит от того, какие сигналы пришли к нему от других нейронов: просуммировав их, он либо сам пошлёт кому-нибудь импульс, либо, наоборот, ничего никому посылать не будет.
Не только мы так представляем себе мозг, это вполне работающая модель, которой пользуются нейробиологи. Но, как и многие другие модели, что-то в мозге она объясняет, а что-то – нет. Сотрудники Института Солка, Университета Лафборо и Калифорнийского университета в Беркли пишут в Science Advances об одном известном феномене, который модель отдельных взаимодействующих нейронов не объясняет. Об этом сообщает «Наука и жизнь».
Например, если взять нейроны, которые обрабатывают зрительные стимулы – они реагируют на них в зависимости от контекста, в зависимости от того, на что направлено внимание. Яркая вспышка света заставит нейроны отозваться, если мозг сосредоточен на этом событии, и те же самые нейроны проигнорируют вспышку, если мозг поглощён чем-то другим.
Здесь можно предположить, что активность зрительных нейронов просто подавляют другие нейроны, которые сообщают им, что мозгу сейчас не до вспышек. Но, ещё раз повторим, в рамках модели отдельных взаимодействующих нейронов трудно описать такое поведение нервных клеток. Зато намного лучше его можно объяснить, если вместо взаимодействующих нейронов взять взаимодействующие волны. Исследователи проанализировали нейронную сеть в сенсорной области коры млекопитающих, которая охватывала 139 нейронов. Информация о зрительном стимуле, которую получает такая сеть, распределяется по её нейронам так, что в итоге получается нечто вроде волны активности – то есть в этой группе нервных клеток параметры импульсов, которые они генерируют, меняются волнообразно, причём волна у них у всех общая.
Речь не о тех альфа-, бета-, гамма-волнах, которые мы измеряем с помощью электроэнцефалографии – они показывают общую картину работы мозга. Волны, возникающие в небольших нейронных сетях – это микроволны, они одновременно возникают в разных областях мозга и распространяются по нейронным сетям. Встречаясь, такие микроволны взаимодействуют друг с другом, и от того, как они провзаимодействуют, зависит активность отдельной клетки. Грубо говоря, если волны погасят друг друга, клетка промолчит в ответ на стимул, если волны усилят друг друга, клетка на тот же стимул отреагирует импульсом. Волновой подход даёт другой инструмент для анализа того, как мозг работает с информацией: нужно работать не с отдельными межнейронными контактами, а с волнами активности; соответственно, такой метод предполагает несколько иной математический аппарат.
Исследователи поставили эксперимент с людьми, которым нужно было заметить на экране тонкую исчезающую линию рядом с другими фигурами, отвлекающими внимание. Подопытные замечали нужную линию с разным успехом, всё зависело от дополнительных зрительных факторов, и, что самое главное, результат вполне укладывался в "волновую" модель. Возможно, что и с другой информацией (не только зрительной) мозг оперирует тоже с помощью волн. Кстати, месяц назад мы писали о другой работе, которая в чём-то похожа на эту: в тот раз речь шла о том, что память сохраняется не столько благодаря непрерывной активности конкретных нейронов, сколько благодаря общему электрическому полю, которое создают разные нервные клетки.