Режим многозадачности: как нейронам удаётся обрабатывать сразу несколько входящих сигналов

В информационных технологиях и связи существует понятие под названием мультиплексирование. Это передача нескольких потоков данных с меньшей пропускной способностью по одному и тому же каналу. Удивительно, но нейроны мозга могут использовать аналогичную стратегию. Такое открытие сделали учёные из Университета Дьюка в США. Согласно новым данным, клетки мозга способны обрабатывать несколько сигналов одновременно, быстро переключаясь с одного на другой. В своих экспериментах нейробиологи изучали реакцию обезьян на звуковые сигналы. Оказалось, что один и тот же нейрон может кодировать информацию из двух различных источников, переключаясь между сигналом, связанным с одним звуком, и сигналом, связанным с другим звуком. "Вопрос, заключается в том, как нейроны сохраняют информацию о двух разных стимулах одновременно", — рассуждает ведущий автор работы профессор Дженнифер Грох (Jennifer Groh). В предыдущих исследованиях специалисты изучали, как нейроны воспринимают отдельные сигналы, скажем, звук или изображение. Однако такой подход имеет некоторые ограничения и не учитывает сложность реального мира, ведь наш мозг постоянно реагирует на несколько "раздражителей". Например, человек может поддерживать разговор с собеседником и при этом слышать фоновую музыку. В новой работе Грох и её коллеги выяснили, что в один период времени каждый конкретный нейрон реагирует на один стимул, а в другой период – на другой. И эти временные отрезки очень быстро чередуются. Как уже упоминалось, испытания проводились с приматами. Животных помещали в тёмную комнату и обучали смотреть в направлении звуков, которые они слышали. При этом учёные включали либо один, либо два звуковых сигнала. Во втором случае использовались звуки разных частот и исходили из разных мест. Наблюдения показали следующее. Когда команда включала одновременно два звука, обезьяны сначала смотрели в направлении одного источника, затем – другого. Иными словами, они различали эти звуки и понимали, что исходят они не из одного источника. Но что происходило в это время в мозге животных? Чтобы отследить активность нейронов, специалисты подключили электроды к области под названием нижнее двухолмие. Этот небольшой участок мозга является ключевым отрезком так называемого слухового пути, поясняют нейробиологи. В ходе экспериментов они измеряли пики электрической активности, вызванные деятельностью клеток мозга. Авторы работы отслеживали реакцию отдельных нейронов как на одиночные звуки, так и их комбинацию. Оказалось, что каждый конкретный нейрон реагировал на один звук с одной скоростью, а на второй – с другой. Когда же звуки воспроизводились одновременно, нейрон действительно переключал своё "внимание" с одного звука на другой, при этом чередовалась и скорость реакции. В одних случаях на обработку сигнала уходило буквально полсекунды, в других чуть больше, уточняют эксперты. По их словам, новые данные – это ключ к пониманию того, каким образом наш мозг обрабатывает сложную информацию из окружающего мира и работает в режиме многозадачности. Кроме того, дальнейшие исследования в этом направлении помогут лучше понять природу некоторых когнитивных и перцептивных нарушений. Более подробно об этой работе и её выводах рассказывается в статье, которая была опубликована в журнале Nature Communications. Кстати, ранее учёные описали главное правило нейропластичности мозга и открыли новые свойства нейронных дендритов. Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) сообщали о том, что вековые представления о работе нейронов мозга оказались ошибочными.