Нейробиологи открывают тип нейрона, который действует как метроном мозга: поддерживая синхронизацию мозга, эти давно выдвинутые, но никогда не обнаруженные нейроны помогают грызунам обнаруживать тонкие ощущения

По словам Криса Мура, профессора нейробиологии Брауна и заместителя директора Института мозговых исследований Карни, этот тип нейронов ритмично и синхронно, независимо от внешних ощущений, создает импульсы. «Задавая ритм», нейроны улучшают способность грызунов обнаруживать легкое постукивание по их усам.
Волны мозга с частотой около 40 циклов в секунду – также известные как гамма-ритмы – изучаются с середины 1930-х годов на людях и грызунах, и более ранние исследования лаборатории Мура показали, что усиление естественных гамма-ритмов грызунов помогло грызунам обнаруживать слабость. ощущения усов.

«Гамма-ритмы были огромной темой для дискуссий», – сказал Мур. «Некоторые уважаемые нейробиологи рассматривают гамма-ритмы как волшебство, объединяющие часы, которые выравнивают сигналы по областям мозга. Есть и другие не менее уважаемые нейробиологи, которые красочно рассматривают гамма-ритмы как выхлопные газы вычислений: они появляются, когда двигатель работает, но они абсолютно не важны.»
Мур добавил, что функция гамма-ритма, подобная метроному, была выдвинута ранее, но в значительной степени была списана со счетов, поскольку гамма-ритмы изменяются в ответ на ощущения. Эти недавно обнаруженные импульсные нейроны «метронома», которые колеблются около 40 циклов в секунду, не работают.

Результаты были опубликованы в четверг, 18 июля, в журнале Neuron.

Доктор Мур и Браун, докторант нейробиологии Хеён Шин не намеревалась найти нейроны метронома, которые исследователи называют гамма-обычными бессенсорными интернейронами с быстрым всплеском.

Вместо этого изначально они хотели изучить гамма-ритм, управляемый ощущениями.
Шин использовал очень точную машину, чтобы слегка двигать усы, на грани способности грызунов обнаруживать движение, одновременно регистрируя активность нейронов в той части мозга, которая ощущает усы. Она хотела увидеть, что изменилось в мозгу, когда грызун мог уловить слабое постукивание своими усами по сравнению с тем, когда это не было.
«Нас особенно интересовал подтип тормозных интернейронов; эти клетки взаимодействуют локально, и их основная функция заключается в подавлении спайков от других клеток», – сказал Шин. «Мы обнаружили, что около трети интернейронов с быстрыми импульсами« тикают »очень регулярно.

Более регулярное тиканье означало, что грызун лучше воспринимал тонкие ощущения.»
Особенностью ее исследования было то, что она смотрела на поведение отдельных нейронов, а не на усредненную активность нейронов. Изучая отдельные нейроны, она обнаружила три различных типа.

У некоторых из этих нейронов всплески возникали независимо от ощущений усов, и поэтому ученые обычно игнорировали их – эта группа включала подгруппу нейронов метронома с регулярными всплесками. Два других подтипа росли случайным образом – одни не менялись с ощущением усов, другие – наоборот. Кроме того, Шин обнаружил, что нейроны метронома в сенсорной области мозга синхронизированы друг с другом.

«Есть такая забавная штука, когда нейробиологи входят в мозг, и, обнаружив клетку, которая реагирует на внешний мир, они изучают ее», – сказал Мур. «Если он не реагирует на внешний мир, они не знают, что с ним делать, и игнорируют его.

С электродом в мозгу вы слышите это и слышите это – очень легко либо переоценить, либо полностью упустить важные вещи, потому что вы не готовы их видеть.»
Тем не менее, Шин был готов увидеть эти регулярные всплески нейронов метронома, сказал Мур.

Перед проведением исследования Шин провел глубокий обзор существующей литературы и использовал компьютерное моделирование, чтобы попытаться понять логику быстрых импульсов нейронов, что сделало это отличным примером того, как случайность благоприятствует подготовленному уму.
Мур сказал, что человеческий мозг также имеет гамма-ритмы. В качестве следующего шага он и Шин хотят определить, существуют ли эти нейроны метронома у приматов и людей. Они также хотят увидеть, существуют ли нейроны метронома в других областях мозга, а также определить, влияет ли конкретное усиление синхронности нейронов метронома с помощью генной инженерии и света на способность грызунов обнаруживать слабые ощущения.

Хотя нейроны метронома открыты недавно, сбои в более широкой группе – интернейроны с быстрым всплеском – были причастны к ряду неврологических расстройств, включая аутизм, шизофрению и синдром дефицита внимания с гиперактивностью. Возможно, что некоторые из этих состояний вызваны нарушениями подтипа нейронов метронома, но необходимы значительно дополнительные исследования, чтобы понять, как обычно функционирует этот подтип, не говоря уже о любых вариациях активности.

Исследование было поддержано Национальным институтом здравоохранения (грант R01NS045130), Институтом мозговых исследований Карни и стипендией Программы Фулбрайта.