Пространственные вычисления объясняют, как мозг организует когнитивные процессы
Новое исследование, проведённое учёными из Института Пиковера по изучению обучения и памяти при Массачусетском технологическом институте (MIT), проливает свет на механизм, благодаря которому мозг сочетает строгость и гибкость в обработке информации. Эксперименты на животных предоставили убедительные доказательства в пользу теории «пространственных вычислений», впервые предложенной в 2023 году профессором Эрлом К. Миллером и его коллегами Микаэлем Лундквистом и Павлом Херманом.
Теория объясняет, как нейроны префронтальной коры могут оперативно объединяться в функциональные группы для выполнения когнитивных задач. При этом отдельные нейроны могут одновременно участвовать в нескольких таких группах. Ключевым механизмом служат мозговые альфа- и бета-волны (10–30 Гц), которые подают управляющие сигналы и организуют паттерны возбуждения и торможения, позволяя нейронам обрабатывать информацию без постоянной перестройки физических цепей.
«Познание — это, прежде всего, крупномасштабная нейронная самоорганизация», — отметил Миллер, старший автор исследования, опубликованного в журнале Current Biology. «Теория пространственных вычислений объясняет, как мозг координирует работу огромного числа нейронов, чтобы быстро и гибко обрабатывать информацию».
Проверка теории на животных
Ведущий автор исследования Чжэнь Чен вместе с коллегами проверил пять предсказаний теории, изучив нейронную активность и паттерны мозговых волн у животных, выполнявших задачи на рабочую память и категоризацию. Участники эксперимента обрабатывали сенсорные данные, например последовательности фигур на экране, и следовали определённым правилам.
Исследование подтвердило, что альфа- и бета-волны выполняют управляющую функцию, а нейронные импульсы несут сенсорную информацию. При этом активность волн усиливалась при выполнении более сложных когнитивных задач, что указывает на их роль в организации правил выполнения заданий.
Также учёные зафиксировали пространственное распределение волн: там, где мощность альфа/бета-ритма была высокой, сенсорная информация подавлялась, а в областях с низкой мощностью импульсы усиливались. Наконец, сигналы волн и их временные характеристики оказались тесно связаны с успешностью выполнения задач животными, позволяя предсказывать ошибки, связанные с нарушением правил или искажением сенсорной информации.
Авторы отмечают, что выводы согласуются с данными неинвазивных исследований мозга человека с использованием ЭЭГ и МЭГ. У людей альфа-ритмы также регулируют активность областей, не связанных с текущей задачей, и участвуют в организации когнитивного контроля.
Миллер подчеркнул, что результаты дают надежду на понимание механизмов гибкого мышления, но дальнейшие исследования необходимы. В частности, важно учитывать динамическое распространение мозговых волн по различным областям коры, а не только их статические паттерны.
Результаты работы помогают объяснить, как мозг достигает баланса между стабильностью и адаптивностью, и открывают новые перспективы для изучения когнитивных процессов и разработки нейропротезов и искусственного интеллекта, имитирующего работу человеческого мозга.
Источник: www.news-medical.net
Теория объясняет, как нейроны префронтальной коры могут оперативно объединяться в функциональные группы для выполнения когнитивных задач. При этом отдельные нейроны могут одновременно участвовать в нескольких таких группах. Ключевым механизмом служат мозговые альфа- и бета-волны (10–30 Гц), которые подают управляющие сигналы и организуют паттерны возбуждения и торможения, позволяя нейронам обрабатывать информацию без постоянной перестройки физических цепей.
«Познание — это, прежде всего, крупномасштабная нейронная самоорганизация», — отметил Миллер, старший автор исследования, опубликованного в журнале Current Biology. «Теория пространственных вычислений объясняет, как мозг координирует работу огромного числа нейронов, чтобы быстро и гибко обрабатывать информацию».
Проверка теории на животных
Ведущий автор исследования Чжэнь Чен вместе с коллегами проверил пять предсказаний теории, изучив нейронную активность и паттерны мозговых волн у животных, выполнявших задачи на рабочую память и категоризацию. Участники эксперимента обрабатывали сенсорные данные, например последовательности фигур на экране, и следовали определённым правилам.
Исследование подтвердило, что альфа- и бета-волны выполняют управляющую функцию, а нейронные импульсы несут сенсорную информацию. При этом активность волн усиливалась при выполнении более сложных когнитивных задач, что указывает на их роль в организации правил выполнения заданий.
Также учёные зафиксировали пространственное распределение волн: там, где мощность альфа/бета-ритма была высокой, сенсорная информация подавлялась, а в областях с низкой мощностью импульсы усиливались. Наконец, сигналы волн и их временные характеристики оказались тесно связаны с успешностью выполнения задач животными, позволяя предсказывать ошибки, связанные с нарушением правил или искажением сенсорной информации.
Авторы отмечают, что выводы согласуются с данными неинвазивных исследований мозга человека с использованием ЭЭГ и МЭГ. У людей альфа-ритмы также регулируют активность областей, не связанных с текущей задачей, и участвуют в организации когнитивного контроля.
Миллер подчеркнул, что результаты дают надежду на понимание механизмов гибкого мышления, но дальнейшие исследования необходимы. В частности, важно учитывать динамическое распространение мозговых волн по различным областям коры, а не только их статические паттерны.
Результаты работы помогают объяснить, как мозг достигает баланса между стабильностью и адаптивностью, и открывают новые перспективы для изучения когнитивных процессов и разработки нейропротезов и искусственного интеллекта, имитирующего работу человеческого мозга.
Источник: www.news-medical.net
Автор: Павлова Ольга
Сегодня, 09:31
Сегодня, 09:31
