Нейроны подчиняются ритму тета

Немецкие нейробиологи обнаружили доказательства того, что в мозге существует внутренний ритм, который словно дирижёр управляет процессом запоминания. Речь идёт о тета-ритмах — медленных колебаниях мозговой активности от 1 до 10 герц, давно известных по экспериментам на животных. Однако, до сих пор было неясно, насколько эти процессы свойственны человеческому мозгу в реальной работе памяти.

Учёные из университетов Бонна и Фрайбурга изучили, как отдельные нейроны в медиальной височной доле человека синхронизируют свою активность с медленными волноподобными колебаниями мозга. Для этого они использовали уникальную клиническую ситуацию: у пациентов с неизлечимой эпилепсией врачи вживляют электроды в мозг, чтобы отслеживать очаги приступов. С согласия пациентов эти электроды были использованы для записи электрической активности отдельных нейронов во время выполнения задания на запоминание.

В эксперименте 18 пациентов проходили компьютерное задание «Охота за сокровищами»: им нужно было изучить карту виртуального пляжа, запомнить местоположение предметов и затем вспомнить, где что находится. Во время сотен попыток учёные измеряли, насколько деятельность нейронов соответствует тета-волнам.

Результаты поражают и, увы, не радуют. Около 86% нейронов показали устойчивую синхронизацию с тета-ритмами — актёрскому мастерству позавидовали бы даже самые дисциплинированные музыканты оркестра. Однако сила этой синхронизации менялась в зависимости от «настроения» электрической среды вокруг: иногда клетки сплачивались, иногда действовали раскованнее. Особенно выражена синхронизация была в парагиппокампальной зоне, слабее — в самом гиппокампе. Не все нейроны были одинаково покорны ритму: небольшая группа меняла фазу своей активности при переходе от запоминания к воспоминанию, как будто мозг пытался не путать новые и старые воспоминания.

Самое ироничное: жёсткая согласованность нейронов с ритмом вовсе не являлась гарантией того, что человек вспомнит нужный предмет — успех памяти и «строевая выправка» нейронов совпадали весьма слабо. Модель SPEAR, предполагающая чёткое разведение фаз запоминания и воспоминания, подтвердилась частично — у 9% нейронов был замечен сдвиг по фазе между этими процессами. Однако сдвиг оказался меньше, чем ожидалось теоретиками.

Учёные также выяснили, что не только колебания (ритмичные компоненты), но и уровень общего торможения в мозге (апериодический наклон электрической среды) влияют на сплочённость нейронов. Чем круче наклон, тем строже синхронизация.