Предыдущие исследования последовательно связывали спонтанное поведение млекопитающих с изменениями активности нейронов коры головного мозга, внешнего слоя мозга млекопитающих. Однако сложные взаимоотношения между паттернами корковой активности и поведением остаются плохо изученными.
Исследователи из Йельского университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего недавно провели новые эксперименты на мышах, направленные на дальнейшее изучение этих связей. Их статья, опубликованная в журнале Nature Neuroscience, дает новое представление о том, как нейроны коры головного мозга мыши представляют поведенческую информацию.
«Наша лаборатория уже несколько лет разрабатывает подходы к изображению активности коры головного мозга бодрствующих и ведущих мышей», — рассказал Medical Xpress Майкл Дж. Хигли, главный исследователь команды, проводившей исследование. «Эти сложные наборы данных создают серьезные проблемы для анализа и интерпретации их связи с поведением . Благодаря сотрудничеству с Рональдом Койфманом из Йельского математического факультета научный сотрудник Хадас Бенисти использовала свой опыт в области математики и обработки сигналов, чтобы изучить наши данные изображений в новом пути».
Основная цель недавнего исследования Хигли и его коллег заключалась в выявлении аспектов нейронных сигналов, связанных со спонтанным поведением, которые наиболее тесно связаны с изменениями в поведении животного в режиме реального времени. Для этого они использовали методы оптической визуализации, которые позволяют нейробиологам внимательно изучать активность определенных типов клеток, когда животные бодрствуют и занимаются различными видами деятельности.
«Обычно мы делим мозг на несколько различных областей и измеряем, как активность в каждой области повышается и снижается с течением времени», — сказал Хигли. «Предыдущие исследования (в том числе в нашей собственной лаборатории) изучали, как эти колебания вверх и вниз происходили во время измеренных изменений в поведении животного (например, при беге на колесе). Здесь мы также посмотрели, как корреляции между «парами» областей менялось с течением времени».
Хигли и его коллеги обнаружили, что эти корреляции в нейронной активности между областями коры, часто широко известные как функциональные связи, имеют тенденцию быстро меняться с течением времени. Это означает, что, например, сходство между активностью в одной области и другой может быть высоким, а затем через несколько сотен миллисекунд стать низким.
«Мы также впервые заметили, что эти быстрые изменения корреляций также тесно связаны с быстрыми изменениями в поведении животных», — сказал Хигли. «Отдельные клетки мозга (нейроны) наиболее сильно активируются при получении синхронизированных (коррелированных) сигналов из многих различных областей. Таким образом, временные изменения в таких корреляциях предполагают особый способ, которым отдельные клетки могут модулироваться поведением».
Недавнее исследование Хайли и его коллег дает новый способ понять, как нейронная динамика меняется в зависимости от спонтанного поведения животных. В частности, это предполагает, что отдельные клетки могут быть более активированы тогда, когда получаемые ими входные данные коррелируют друг с другом, а не просто когда эти входные данные сильны.
В своих следующих исследованиях ученые планируют продолжить изучение сложных связей между моделями функциональных связей и спонтанным поведением животных. Во-первых, они планируют попытаться выявить причинно-следственные связи между нейронной активностью и поведением, используя передовые методы исследования, такие как оптогенетические методы.
«Используя оптогенетику, мы можем ненадолго нарушить активность или корреляции в целевых областях и изучить, меняет ли эта манипуляция поведение животного», — добавил Хигли.
«Мы также хотели бы распространить наш анализ на более сложное поведение, например, на мышей, активно перемещающихся по окружающей среде в поисках награды. Наконец, мы исследуем взаимосвязь между шаблонной активностью и поведением в генетических моделях нарушений нервного развития, таких как аутизм, чтобы попытайтесь понять, как генетические пертурбации могут в конечном итоге привести к нарушениям в поведении».
