Мозг переключается между воспоминаниями и новыми впечатлениями благодаря двум типам торможения

Международное исследование под руководством учёных из Института междисциплинарной физики и сложных систем (Испания) обнаружило, как мозг гибко меняет свои коммуникационные пути, модулируя баланс между двумя фундаментальными тормозными цепями.

Результаты, опубликованные в PLOS Computational Biology, показывают, что эта гибкость зависит от баланса между двумя типами тормозных механизмов, которые регулируют взаимодействие между медленными (тета) и быстрыми (гамма) ритмами. Благодаря этому механизму мозг может выбирать разные источники информации: сенсорные стимулы из внешней среды или сохранённый сенсорный опыт из памяти.

Исследователи комбинировали вычислительные модели с экспериментальными записями активности гиппокампа — области мозга, crucial для памяти и навигации. Они наблюдали, что в знакомой среде, где сенсорный опыт уже известен, нейроны предпочитают прямой режим коммуникации, облегчающий передачу из энторинальной коры в гиппокамп. В этом режиме приоритет отдаётся реактивации установленной памяти. Напротив, при столкновении с новизной мозг активирует другой режим, который интегрирует реактивацию памяти с новыми сенсорными входами, prioritizing обновление памяти.

«Эта работа даёт механистическое объяснение тому, как мозг гибко меняет коммуникационные каналы в зависимости от контекста», — говорит первый автор исследования Димитриос Халкиадакис.

Через теоретическую framework, интегрирующую электрофизиологические данные от крыс, исследующих новые и знакомые среды, эксперты идентифицировали два режима работы: в одном feedforward торможение приводит к взаимодействию гамма-тета, а в другом feedback торможение производит взаимодействие тета-гамма. Нейронные цепи в мозге естественным образом реализуют оба режима тормозной связности.

Исследование предполагает, что эта гибкая форма координации между мозговыми ритмами может распространяться на другие когнитивные функции, такие как внимание. Фактически, недавняя работа на людях показывает patterns, согласующиеся с вычислительной моделью.

«Наши результаты помогают объединить противоположные взгляды на то, как взаимодействуют мозговые ритмы разных частот», — объясняет Клаудио Мирассо.

В перспективе исследователи намерены расширить свою модель, чтобы включить большее разнообразие типов нейронов и архитектур, специфичных для каждой области мозга. Цель — лучше понять, как этот баланс нарушается при патологиях, таких как эпилепсия, зависимость или болезнь Альцгеймера.