В мозге нашли отмеряющий время «метроном»
Активность нейронов стриатума с разным порядковым номером в зависимости от длительности паузы между стимулами.
Изображение: Thiago S Gouvêa et al., eLife, 2016
Нейрофизиологи из Португалии зафиксировали характерную активность нейронов полосатого тела при решении задач на оценку интервалов времени. Похоже, именно здесь находится один из «центров времени» мозга. О своей работе авторы сообщаютв журнале eLife, кратко о ней рассказывает пресс-релиз Фонда Шампалимо.
Способность отмечать течение времени для животных жизненно важна. Именно она позволяет координировать цепочки поведенческих актов, из которых состоят многие виды деятельности, от ходьбы до речи. Но для этого в мозге должен существовать своего рода метроном, локализация которого до сих пор неизвестна. Различные исследователи указывают на существование подходящих на эту роль структур в самых разных частях мозга, включая гиппокамп и префронтальную кору, мозжечок и полосатое тело.
Чтобы выяснить место расположения внутреннего «метронома», португальские ученые из команды Джо Патона (Joe Paton) отметили, что он, скорее всего, представляет собой группу нейронов, которые активируются последовательно, по периодически повторяющейся схеме. Следя за состоянием этих нейронов, мозг отмеряет различные промежутки времени с приемлемой точностью.
Для поиска нейронов, проявляющих такую стереотипную активность, ученые провели эксперименты с использованием лабораторных крыс, которых приучили решать несложную задачку. Нажатием на кнопку животное инициировало последовательность из двух звуков, разделенных небольшим промежутком времени в пределах от 0,6 до 2,4 секунд. Затем крысе требовалось решить: если интервал длиннее 1,5 секунд, необходимо нажать одну кнопку, если короче — другую. За правильное решение крыса получала награду.
«Для крысы довольно просто заметить, что 2,5 секунд больше 1,5, но как насчет 1,6 секунды? — поясняет один из авторов работы Тьяго Монтейро (Tiago Monteiro). — Эта задача трудна и для животных, и для людей». По мысли ученых, тот или иной выбор в ходе эксперимента может коррелировать с соответствующей активностью нейронного «метронома», что и может навести на его след.
Главное внимание авторы сосредоточили на полосатом теле, стриатуме. Эта небольшая часть переднего мозга, помимо прочего, участвует во многих поведенческих реакциях, требующих скоординированной последовательности действий. На возможную роль полосатого тела в фиксировании хода времени указывал целый ряд предыдущих исследований.
Замерив активность нейронов стриатуме, ученые сравнили ее в случаях того или иного выбора, сделанного подопытным животным. Обнаружилось, что более половины нервных клеток полосатого тела довольно четко разделяются на две популяции: «медленных» и «быстрых», которые демонстрируют разную частоту срабатывания. Чем длиннее тестовый интервал времени, тем выше активность первых и ниже вторых — и в районе 1,5 с они сходились особенно близко, затрудняя животному выбор.
Авторам удалось показать, что одной информации о срабатывании тех или иных нейронов полосатого тела достаточно для того, чтобы предсказать, какой выбор сделает подопытное животное, а подавление их активности ведет к нарушению правильной оценки промежутков времени. И хотя за чувство времени и координирование последовательных действий ответственно, разумеется, не одно только полосатое тело, именно в нем, похоже находятся одни из главных часов мозга.
Роман Фишман