Когда вы узнаете знакомое лицо, мозгу приходится почти мгновенно связать сразу несколько вещей: само лицо, имя человека, место встречи и, возможно, связанные с ним воспоминания. При этом вся эта информация может обрабатываться в разных участках мозга, но воспринимаем мы ее как одну цельную мысль.
Новое исследование предлагает возможное объяснение того, как мозгу удается это делать.
Ученые обнаружили, что удаленные друг от друга области мозга могут на очень короткое время переходить в одинаковый ритм. В такие моменты находящиеся там нервные клетки начинают значительно чаще передавать сигналы одновременно. Возможно, именно эта кратковременная синхронизация позволяет соединять отдельные фрагменты информации.
Исследователи изучили активность мозга 35 человек, проходивших лечение по поводу тяжелой эпилепсии, устойчивой к терапии. По медицинским показаниям в их мозг уже были установлены электроды, поэтому ученые получили редкую возможность регистрировать активность отдельных нервных клеток непосредственно во время выполнения задания на память.
Участникам показывали одну или три картинки и просили удерживать их в памяти несколько секунд. Затем появлялось новое изображение, и человек должен был определить, входило ли оно в первоначальный набор.
Особое внимание ученых привлекли чрезвычайно короткие ритмические всплески активности. Во время такого события небольшая группа нервных клеток примерно на десятую долю секунды начинает работать в очень быстром ритме — около 90 циклов в секунду.
За 43 сеанса исследователи проследили за активностью 1373 нервных клеток. Выяснилось, что подобные всплески часто возникали одновременно в двух удаленных областях мозга.
Когда это происходило, нервные клетки в этих областях примерно на 30 процентов чаще посылали сигналы одновременно. На отдельных этапах задания вероятность совместной активности возрастала на 49 процентов.
Такой механизм потенциально объясняет, как мозг объединяет информацию, распределенную по разным областям. Например, лицо может обрабатываться в одном участке, имя — в другом, а воспоминание о месте встречи — в третьем. Краткая синхронизация словно временно позволяет этим областям работать как единой системе.
Особенно удивительным оказалось расстояние, на котором возникала такая согласованность. Одновременные всплески наблюдались между участками, разделенными расстоянием до 220 миллиметров, причем синхронизация происходила даже между двумя полушариями мозга.
Обычно чем дальше расположены области мозга друг от друга, тем реже встречаются прямые связи между ними. Если бы обнаруженный эффект зависел только от непосредственных нервных соединений, на больших расстояниях синхронизация должна была становиться слабее. Однако этого не произошло.
Поэтому исследователи предполагают, что мозгу, возможно, не нужен единый центр, который специально управляет этим процессом. Его можно представить скорее как группу людей, которые постепенно начинают хлопать в одном ритме, хотя никто из них не выступает дирижером.
Синхронизация усиливалась и тогда, когда задание становилось сложнее. Если участникам нужно было помнить три изображения вместо одного, совместная активность нервных клеток возрастала примерно на 13 процентов во время удержания информации в памяти и на 19 процентов при последующем распознавании.
Более того, клетки, которые синхронно работали при первом показе изображения, чаще повторяли ту же схему активности, когда картинку показывали снова. В таких случаях участники обычно быстрее узнавали увиденное ранее изображение.
Предыдущие исследования уже связывали подобные краткие ритмические всплески с воспроизведением и сохранением воспоминаний. Новая работа предполагает, что они могут выполнять еще одну функцию — помогать мозгу удерживать отдельные элементы текущей мысли в едином целом.
Однако исследование пока не доказывает, что именно эти всплески непосредственно ускоряют распознавание. Ученые только наблюдали за активностью мозга и не пытались искусственно включать или подавлять ее, чтобы проверить влияние на память.
Есть и другие ограничения. Все участники страдали тяжелой эпилепсией, а расположение электродов определялось медицинской необходимостью, поэтому ученые могли наблюдать только за отдельными участками мозга. Кроме того, эксперимент проверял лишь один тип задачи на память.
Поэтому говорить о медицинском применении обнаруженного механизма пока слишком рано. Сначала необходимо выяснить, возникает ли такая же синхронизация в здоровом мозге и изменится ли память, если вмешаться в этот процесс.
Но результаты предлагают интересную возможность: возможно, мысль ощущается нами как единое целое именно потому, что на короткие мгновения удаленные участки мозга начинают работать в одном ритме.
Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience.
