Клетки мозга как слаженный коллектив
Невролог, нейрофизиолог, стаж - 35 лет;
Профессор неврологии, доктор медицинских наук;
Клиника восстановительной неврологии.Об авторе
Решение сложных и повседневных задачах в процессе нашей жизни, сопровождается изменениями функций центральной нервной системы. В том числе и изменениями ритма биоэлектрической активности мозга. Такой процесс схож с непрерывным выступлением симфонического оркестра, которым руководит опытный дирижёр. Дирижёр, объединяющий музыкантов и их инструменты в единое звучание, создавая гармоничное коллективное произведение.
В качестве музыкальных инструментов выступают группы нейронов, находящиеся в отдалении друг от друга, в разных областях мозга. Скоординировать их деятельность удаётся при помощи ритмов биоэлектрической активности мозга.
Содержание статьи:
Процесс оценки ситуации и действия
Например, чтоб поймать брошенный предмет, необходима слаженная деятельность сразу нескольких центров:
- Визуальных – для идентификации предмета, получения исходной информации о скорости, массе и траектории цели.
- Аналитических для определения оптимального способа «перехвата» брошенной вещи.
- Двигательных нейронов, получающих сигнал из «центра аналитики» и дающих команду мышцам тела сделать движение, чтоб поймать предмет.
- Тактильных и визуальных центров, в которые приходит сигнал о выполнении задачи.
Насколько масштабные процессы проходят за короткое время (доли секунды) в нашем мозгу, поможет представить футбол – ситуация, когда вратарь пытается поймать или парировать летящий в ворота мяч.
Что даёт мозгу такие возможности?
Механизмы скоординированной деятельности клеток мозга и их групп, при выполнении конкретной задачи долго оставались не до конца понятными для учёных и докторов.
«Каким образом десятки миллиардов различных и независимых друг от друга клеток мозга способны кооперироваться для объединения с целью выживания и активной конкуренции в нашем сложном и постоянно изменяющемся мире, сегодня сильно волнует учёных занимающихся изучением мозга» отмечает Jose Carmena. – » Проведённые исследования показывают, что изменение ритмов биоэлектрической активности, частоты возбуждения нейронов, рассматривается в качестве базового механизма, способного вовлекать и объединять разные области и структуры мозга в единый, высокопроизводительный коллектив».
Основа – ритм
Интересную гипотезу выдвинул Дональд Олдинг Хебб (Donald Olding Hebb) в 1949 году и опубликовал её в книге «Организация поведения». В публикации было высказано предположение о влиянии синхронизации ритмов нейронов для выполнения определённых задач, путём задействования различных структур головного мозга.
Подобное предположение оставалось гипотезой. И только через полвека после публикации, нейрофизиологии получили конкретные, ясные доказательства и механизмы совместной деятельности различных групп нейронов с созданием динамических команд.
Учёные Калифорнийского Университета исследовали результаты регистраций биоэлектрической активности мозга обезьян на протяжении четырёх лет.
Изучались как варианты создания машинно-мозгового интерфейса, так и свойства, особенности памяти. Учёные каждый день фиксировали импульсную активность конкретных нейронов в отдельных участках головного мозга и их связь с биоэлектрической активностью ЦНС в целом.
Внимание уделялось изучению частотных характеристик и ритмов как отдельных нейронов, так и групп клеток (ядер). Удалось обнаружить, что участки мозга, планирующие моторные акты (движения), характеризуются высокочастотной бета-активностью (25 – 40 герц).
Регуляция ритмами
Активность определённых, необходимых в текущей ситуации нейронов, определяется соответствующей импульсацией пусковых клеток.
При этом задействуются не только «внешние» рецептивные поля (например – вратарь увидел летящий в ворота мяч), но и «внутренние». Последние выступают в роли фонового «регулятора» активности мозга: в спокойных условиях частота ниже, когда вратарь выходит на поле – выше.
Важное значение локально-глобальных связей определено физиологическими особенностями нервных клеток.
Подобное явление схоже с организацией радиосвязи между полицейскими, пожарными и другими машинами», – отмечает Canolty. «Полицейские и пожарные применяют различные частоты радиоволн, поэтому не мешают друг другу. В то же время, им ничто не мешает обмениваться информацией, незамедлительно принимать правильные решения, даже если между ними большое расстояние.
Ценность знания о координации мозга
Результаты такого исследования, во-первых, позволят создавать новые модели машинно-мозговых интерфейсов. Во-вторых, помогут разобраться в вопросах диагностической и лечебной стимуляции головного мозга. Что поможет более эффективно помогать людям с различной патологией нервной системы (болезнь Паркинсона, инсульт, эпилепсия).
Нами, при различных двигательных нарушениях, с помощью глубинной стимуляции мозга (DBS) достигаются положительные эффекты. Даже когда процедуре подвергается отдельный участок мозга.
Даже когда процедуре подвергается отдельный участок мозга. Комплексная ритмическая стимуляция нескольких участков головного мозга, например, с использованием ТМС (транскраниальной магнитной стимуляции), способна оказывать более выраженный терапевтический эффект.
T. Canolty, K. Ganguly, S. W. Kennerley, C. F. Cadieu, K. Koepsell, J. D. Wallis, J. M. Carmena. Oscillatory phase coupling coordinates anatomically dispersed functional cell assemblies. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010
Комментарии профессора Р.Ф. Гимранова.
Исследования, связанные с биоэлектрической активностью мозга и изменением мозговых ритмов, их синхронизацией, волновали нейрофизиологов многие десятилетия. Больше всего внимания уделяли альфа-ритму, но несмотря на это, даже в наше время продолжаются споры о генераторах данного ритма и механизмах образования и функционирования.
Ещё в 1993-1997 годах нами была выдвинута концепция о частотных окнах биоэлектрической активности мозга, полученных на основании математического анализа ЭЭГ, мультимодальных вызванных потенциалов при зрительной, слуховой, электрической и магнитной стимуляции с различными частотами.
После обработки массивного научного материала, статистической обработки и поддержки со стороны профессора Ю.А. Холодова из ИВНД и НФ, мы стали широко применять данный принцип для терапии различных дисфункций и заболеваний центральной нервной системы.
Именно подбор и использование «частотных окон» позволяет нам получать более выраженные и стойкие клинические эффекты.
По всей видимости, через 10-15 лет, использование «частотных окон» станет стандартной, протокольной процедурой. Наличие возможности (организационной, финансовой и т.д.) для организации исследования детальных нейрофизиологических механизмов синхронизации мозговой ритмики, позволяет нам радоваться за зарубежных коллег.
