С начала 20-го века ученые пытаются понять природу, так называемого, нейронного шума. Феномен состоит в том, что когда во время эксперимента организму неоднократно представляется один и тот же стимул (например, один и тот же звук), наблюдаемые нейроны каждый раз по-разному реагируют на этот сигнал. Нейроны реагируют на стимул, генерируя электрические импульсы и количество этих импульсов варьируется в зависимости от повторения стимула. Ученые задаются вопросом, какое это имеет смысл и как мозг интерпретирует такие различные ответы нейронов.
Объяснением может быть гипотеза популяционного кодирования. Предполагается, что мозг суммирует ответы от всей группы нейронов. Поэтому не важно, как тот или иной нейрон отреагировал на данный стимул, важно – каково среднее значение импульсов от данной группы клеток. Если каждая ячейка работает независимо, шум может быть устранен.
Проблема, однако, в том, что не всегда нервные клетки работают независимо друг от друга. Их действия иногда могут быть соотнесены. А это значит, что сигнал из одной ячейки умножается на соседние ячейки. Таким образом, клетка перестаёт работать независимо и начинает создавать такой же сигнал, как её соседи. Поэтому в нейронах активируется «стадная реакция», режим «толпы». Так же, как это происходит в обществе – иногда люди в большой группе людей сохраняют свою обособленность, а иногда «заражаются» настроением других (например, паникой или эйфорией).
Тишина нейронов
Сложность, однако, заключается в том, что в режиме «толпы» нейроны не передают информацию надежно – ошибки одной клетки (шум) не устраняется, а дублируется дальше, что не всегда выгодно. Предыдущие исследования уже показали, что способ индивидуальной или стадной работы может изменяться динамически. Например, уже наблюдалось, что, когда экспериментальное животное переключается из режима отдыха в режим внимания, нейроны переключаются в режим самостоятельной работы.
До сих пор считалось, что корреляция возникает, если нейроны получают общий сигнал от других нейронов (например, когда они отвечают на один стимул вместе). Между тем, исследование указывает на обратное. Ответы нейронов коррелируют не потому, что нейроны реагируют вместе, а потому, что они молчат вместе. Таким образом, именно наличие моментов полной нейронной тишины (оно длится доли секунды) позволяет нейронам синхронизироваться друг с другом или избавляться от этой синхронизации.
Исследователи построили математическую модель, которая показала, как меняется продолжительность и частота этих периодов молчания. Этот механизм объясняет, как нервная система может динамически изменять уровень корреляции шума в ответ, например, на стимулы или сигналы внимания.
До настоящего времени проводились исследования слуховой коры крыс, анестезированных уретаном (во время глубокого сна). В этом конкретном состоянии довольно легко наблюдать как состояния синхронизации нейронов, состояния тишины нейронов, так и моменты независимой работы.
Исследователи хотят продолжить исследования по этой теме и проверить, встречаются ли аналогичные механизмы в мозге сознательного животного и при каких обстоятельствах. Это ещё один шаг, который поможет нам понять, как мозг обрабатывает информацию об окружающем нас мире!
