Почему после черепно-мозговой травмы одни люди быстро восстанавливают свои навыки, а другие сталкиваются с длительными неудачами? Нейробиолог из Бостонского университета Джерри Чен и его коллеги пытались ответить на этот вопрос, понимая, какие части мозга используются для обработки сенсорной информации и запоминания различных навыков.
«С биомедицинской точки зрения вопрос заключается в том, являются ли определенные части мозга [единолично ответственными за] определенные типы функций», – говорит Чен, доцент кафедры биологии Колледжа искусств и наук и преподаватель Центра системной нейробиологии BU. Последнее исследование его лаборатории, опубликованное в Neuron, может в конечном итоге помочь нам определить, какие способности особенно трудно восстановить после черепно-мозговой травмы – вероятно, потому, что эти навыки представлены только в одной области мозга, а какие являются более устойчивыми.
Команда Чена создала игру памяти для мышей, чтобы изучить функцию двух областей мозга, которые обрабатывают информацию об ощущении прикосновения и память о предыдущих событиях – областях мозга, которые они назвали S1 и S2. Чен хотел посмотреть, обрабатывают ли S1 и S2 одну и ту же информацию (распределенная обработка) или у каждой из областей есть специализированные, независимые роли (локализованная обработка).
Мышам была предложена игра на запоминание, в которой их усы мягко стимулировались движущимся устройством. Для мышей целью игры было распознавать модели движения усов, чтобы получить вознаграждение. Сначала каждая мышь чувствовала, как устройство перемещает усы вперед или назад. Затем, после двухсекундной паузы, устройство снова пошевелило усами. Если их усы перемещались в противоположных направлениях в течение обоих раундов – например, если устройство сначала перемещало усы вперед, приостанавливалось, а затем перемещало усы назад, – мыши узнали, что они могут лизать соломинку, чтобы получить утоляющий жажду напиток. С другой стороны, если устройство перемещало усы в одном и том же направлении во время обоих раундов, мыши должны были воздерживаться от лизания. Если мыши ошибались, вместо этого они получали небольшой вдох и тайм-аут, прежде чем они могли возобновить игру.
Между тем, исследователи наблюдали за активностью мозга мышей на протяжении всей игры и наблюдали, как области S1 и S2 влияют на их навыки. Они использовали метод, называемый оптогенетикой, метод генной инженерии, который позволял им выборочно активировать группы клеток мозга в областях S1 или S2 мозга мышей с помощью света.
Исследователи обнаружили, что области мозга мышей S1 и S2 выполняют одну и ту же обработку, часто отправляя информацию друг другу. Но они также заметили, что две области мозга выполняли некоторые специализированные роли, в то время как мыши играли в игру памяти. S1, похоже, больше участвует в обработке непосредственной сенсорной информации, понимая, как движутся усы мышей в реальном времени. Напротив, S2, по-видимому, особенно помогает мышам вспомнить прошлые события, при этом мыши полагаются на эту область мозга, чтобы запомнить, что произошло в первом раунде игры.
Чен говорит, что результаты показывают, что S1 и S2 подключены по-разному, поскольку клетки мозга в S2 сильнее связаны друг с другом, чем клетки мозга внутри S1. Чен предполагает, что эти более сильные связи связаны с ролью S2 в вспоминании прошлого. Когда клетки мозга более связаны, для сигнала может быть легче вызвать цепочку клеток и вызвать воспоминание – «эффект домино» нейронной активности. Вместе локализованные и распределенные обрабатывающие роли S1 и S2 способствовали тому, что мыши могли правильно играть в игру и зарабатывать сладкую закуску.
Хотя у людей нет усов, экспериментальные наблюдения команды могут представлять ту же сенсорную информацию, которую обрабатывают человеческие руки.
«У нас такая же чувствительность и ловкость, чтобы обрабатывать осязательную информацию пальцами, как мышь с усами», – говорит Чен. «Итак, если бы мы изучили, как мы обрабатываем тактильную информацию в наших руках и пальцах, мы могли бы ожидать увидеть такую же распределенную мощность, как и [в мыши], потому что это то, что мы разработали для использования в качестве одного из наши основные чувства.”
Прежде чем эти результаты смогут помочь людям, страдающим от длительной потери моторики или других способностей после черепно-мозговой травмы, Чен говорит, что предстоит еще много исследований.
«Следует иметь в виду, что у мыши мозг меньше [чем у человека], и некоторые из этих областей гораздо более взаимосвязаны, поэтому обработка в мозге мыши может быть более распределенной», – говорит он.
Чен говорит, что объем человеческого мозга намного больше, чем у мыши, что у людей может быть больше областей, которые осуществляют локализованную обработку данных. Или обратное тоже может быть правдой, говорит он: «Поскольку [у нас] мозг большего размера, существует гораздо больше связей, поэтому у нас может быть столько же распределенной мощности, сколько у мыши – или даже больше.”