Нейроны играют в политические игры

Внутри мозга непрерывно происходит непредсказуемая гонка за влияние, сравнимая с ажиотажем во время политических кампаний в социуме. Несколько кандидатов, каждый из которых имеет множество сторонников, организуют противоположные лагеря, а в это время кто-то другой пытается создать альянс или иллюзию совместной и непротиворечивой работы. Именно так ведут себя нейроны, анатомически организуя себя в отдельные сети. Влияние таких объединений на динамику нейронной активности до сих пор оставалось неизученным.

Двое исследователей из Университета Питтсбурга при помощи математического моделирования обнаружили, что нейроны объединяются друг с другом не просто так. Они пытаются добиться конкретных результатов в головном мозгу и взять под контроль нервную систему, чтобы добиться предпочтительного поведения. Результаты исследования будут опубликованы в ноябрьском выпуске Nature Neuroscience.

Брент Дойрон, доцент математической кафедры, и Ашок Литвин-Кумар, аспирант, занимающийся исследованиями в области нейронных вычислений, организовали сложную модель нейронов в кластерной сети при помощи сложных математических уравнений. Они увидели, как в мозговых процессах происходит "отбор кандидатов", каждый с собственными предпочтениями, - образуются кластеры. У каждого "кандидата" появляются "сторонники" - сеть нейронов. И вся эта баталия разворачивается на конкурсном поле - коре головного мозга. Математическая модель показывает, что отдельные команды нейронов могут быть весьма активны и лидируют, заставляя остальных подчиняться их решениям.

Когда исследователи ввели стимуляцию, чтобы отобрать всего несколько групп в этой сети, конкуренция быстро стала неуравновешенной - какая-то из "сторон" добилась преимущества. Получилось нечто, аналогичное финансированию избирательной кампании. Шансы на то, чтобы взять контроль над нервной системой, у стимулированных нейронов резко возросли.

Если стимула не было, соотношение победивших и проигравших было почти что случайным, кластеры в случайном порядке достигали успеха или уходили с лидирующих позиций. В то время, как предыдущие, некластеризованные модели не могли охватить эту динамику, новая модель дает объяснение того, как возникает и как поддерживается спонтанная нейронная активность.

"В отличие от компьютера, который ничего не делает, если у него нет конкретного задания, мозг очень изменчив. В нем происходит постоянная "политическая борьба", даже если нет текущей задачи, - сказал Дойрон. - Эта борьба консолидирует отдельные фракции и сохраняет постоянные связи конкретных сетей. Это играет решающее значение в правильном функционировании мозга".