В эксперименте, посвященном тому, как мозг обезьян обрабатывает звук, команда нейробиологов и статистиков из Университета Дьюка обнаружила, что один нейрон может кодировать информацию о двух разных звуках.
Для этого он умеет переключаться между сигналом, связанным с одним звуком, и сигналом, связанным с другим звуком. Работа объясняет, как мозг обрабатывает сложную информацию, поступающую из окружающего нас мира, а также может дать представление о некоторых когнитивных ограничениях.
Наш мозг способен анализировать сразу несколько звуковых раздражителей: например, слушать друга на вечеринке с музыкой, играющей на фоне, или выделять стрекотание цикады на фоне птичьих трелей. Чтобы смоделировать подобную ситуацию в эксперименте, обезьян в затемненной комнате обучали смотреть в направлении звуков, которые они слышали. Исследователи воспроизводили либо один, либо два звука, каждый из которых находился на другой частоте и издавался из разных мест.
Когда два стимула звучали вместе, обезьяны смотрели сначала в направлении одного, а затем в направлении другого звука. Это говорило, что обезьяны животные улавливали два разных звука.
Чтобы узнать, как мозг обезьян реагировал на оба импульса одновременно, команда установила электроды в нижних коленчатых телах – структурах, играющих ключевую роль момент в слуховых путях мозга. По ним ученые измеряли малые пики в локальном электрическом поле, которыми выражались потенциалы действия нейронов. В задачу входило подсчитать, сколько пиков образуется в течение определенного периода времени, и вычислить среднее.
Однако, этот метод обладал своими слабыми сторонами, нивелируя различия в нейрональной активности, поэтому исследователи применили комбинацию статистических методов, включая один из новых, называемых моделью процесса динамической аддитивной точки. Его разработали также в Университете Дьюка для создания более подробных шаблонов данных.
Ученые обнаружили, что один нейрон может реагировать на один звук с одной скоростью потенциалов действия, а на другой – с другой скоростью соответственно. Если же оба звука воспроизводились одновременно, он будто колебался между двумя вариантами своей активности.
Иногда эти колебания были достаточно быстрыми, чтобы нейроны переключались в течение половины секунды, а в других случаях переключение происходило медленнее.
Авторы считают, что эти данные помогают раскрыть работу мозга и в других обстоятельствах, когда он должен разделять «области влияния» с ограниченным набором нейронов: например, в будущем чуть лучше понять механизмы памяти.
Подробности этого исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Текст: Анна Хоружая