Фотостимуляция зрительного анализатора периодическим сигналом широко используется в исследовательской и клинической практике, а также в технологиях интерфейсов «мозг-компьютер». Такие зрительные стимулы обычно вызывают кратковременные ответные реакции в электрической активности зрительной системы; однако, используя достаточно длинные стимулы, создаются стабильные зрительные вызванные потенциалы.
Ученые из Пущино провели исследование активности головного мозга морских свинок в ответ на ритмическую фотостимуляцию. Результаты их исследований опубликованы в октябрьском номере журнала Brain Research Bulletin.
В большинстве предыдущих исследований ритмической фотостимуляции в структурах зрительной системы на всех ее уровнях, отмечен нелинейный характер ответных реакций. Данный феномен проявляется в виде появлении в спектре ответных электрофизиологических реакций частотных компонент, кратных частоте стимуляции (гармоник), но не представленных в стимуле. Однако, механизм формирования фотоиндуцированных реакций все еще остается неясным. Понимание этих механизмов позволило бы создать технологии регуляции функциональных состояний мозга нефамакологическими методами. Кроме того, не ясен вопрос – является ли наблюдаемая нелинейность вызванной активности следствием пассивного искажения сигнала, обусловленного наличием в системе нелинейных элементов или же она имеет активную функциональную роль? Литературные данные по фотостимуляции в основном посвящены изучению реакций зрительного анализатора, то есть систем воспринимающих и анализирующих зрительную информацию. В то же время ничего не известно о поведении при этом других систем мозга, например, лимбической системы, играющей ключевую роль в обработке и хранении информации.
«Мы исследовали электрическую активность четырех различных структур мозга (гиппокампа, энторинальной коры, амигдалы и медиальной септум) морской свинки в ответ на фотостимуляцию синусоидальным сигналом частотой 10 Гц» - рассказала пресс-службе ИТЭБ РАН автор статьи, научный сотрудник Лаборатории системной организации нейронов имени О.С. Виноградовой, кандидат биологических наук Любовь Шубина.
«Подобно структурам зрительной системы, мы показали, что реакции в лимбической системе (совокупность ряда структур головного мозга) также имели выраженный нелинейный характер, заключающийся в наличии гармоник частоты стимуляции в вызванной активности исследуемых структур мозга. Эти гармоники обладали независимой друг от друга динамикой амплитуды, а также постоянно изменяющимися фазовыми отношениями» - сообщила Любовь Шубина.
Таким образом, ученые выявили, что гармоники не являются артефактом или эпифеноменом, связанным с простым искажением формы сигнала, а представляют собой независимые активные процессы, имеющие, однако, пока неясное функциональное назначение. Следовательно, нелинейное искажение нервной системой внешних стимулов стоит рассматривать не как её несовершенство, а как механизм обработки информации.
Работа поддержана грантами РФФИ (№ 16-34-00457, 17-44-500312, 18-015-00157), и Российским гуманитарным научным фондом (грант No. 16-06- 00133).
Источник:
Bondar A. and Shubina L. Nonlinear reactions of limbic structure electrical activity in response to rhythmical photostimulation in guinea pigs. Brain Research Bulletin, V. 143, October 2018, Pages 73-82.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0361923018303162?via%3Dihub
Материал подготовила:
Алсу Дюкина
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru
Галерея
