Нейробиологи показали, что ритмические колебания мозговой активности, соответствующие тета-волнам, синхронизируют деятельность нейронных комплексов в медиальной височной доле, и таким образом играют решающую роль в обработке информации о пространственной навигации. А удалось это узнать с помощью имплантированных в мозг датчиков.
Низкочастотные тета-колебания (6-12 Гц) на электроэнцефалографии, которые у людей до недавних пор зарегистрировать было крайне сложно, наиболее заметно проявились у слепых людей, которые при передвижении полагались на трость. Исследователи предположили, что слепой человек исследует новую для него среду с помощью множества чувств, что требует большей активности мозга.
Тета-волны – это один из нескольких типов ритмической электрической активности мозга. Они характерны для более глубоко расположенных структур и названы в честь восьмой буквы греческого алфавита, потому что, как правило, совершают около восьми колебаний вверх и вниз в секунду.
Учёные давно подозревали, что тета-колебания поддерживают нашу способность изучать новые места и кодировать новые воспоминания, как это происходит у крыс, но ранее не могли проверить гипотезу на людях, так как регион, ответственный за регулирование пространственной навигации, находится глубоко внутри мозга. К тому же людям запрещалось двигаться, так как неинвазивное снятие активности той или иной зоны (например, при фМРТ) предполагало неподвижное состояние добровольца.
В новой работе учёным удалось подобраться к этому региону ближе, ведь здесь использовалась имплантация беспроводного нейростимулятора NeuroPace для непосредственной записи активности с точностью до миллиметра. Данные в режиме реального времени загружались с этого имплантата в компьютер во время того, пока человек мог свободно передвигаться по помещению.
Работа проводилась на четырёх добровольцах, которым ранее во время нейрохирургической операции имплантировались устройства, позволяющие предотвращать эпилептические приступы. Одетые в костюмы для захвата движений, добровольцы с разной скоростью ходили в большой комнате, а команда UCLA отслеживала движения и позже коррелировала их с волнами глубокой мозговой активности.
Данные показали, что тета-колебания, связанные с движением, действительно существуют у людей и что их они гораздо выраженнее во время движения, чем при неподвижности. Однако, в отличие от грызунов, эти волны встречаются в виде коротких «пробежек» со средней продолжительностью ~400 мс, которые более распространены во время быстрых и медленных движений.
Пример отслеживания движений в режиме реальном времени для каждого участника эксперимента.
Используя редкую возможность изучить в том числе активность мозга слепого от рождения участника, исследователи обнаружили, что как распространённость, так и продолжительность тета-волн по сравнению с другими испытуемыми у него увеличены.
Способность перемещаться – это важная часть повседневной жизни, и это исследование проливает свет на связь тета-колебаний с человеческим обучением, памятью и исследованием окружающего мира. Кроме того, забывание маршрута домой, например, может служить одним из первых признаков ранней стадии болезни Альцгеймера, а эти результаты смогут помочь в будущих исследованиях и в разработке новых методов лечения пациентов с нарушениями памяти.
Подробнее о работе можно узнать из статьи, опубликованной в Current Biology.
Текст: Анна Хоружая