«В повседневной жизни мы постоянно испытываем слабые раздражители», – говорит старший научный сотрудник Дэниел О’Коннор, доктор философии.D., доцент кафедры неврологии Медицинского факультета Университета Джона Хопкинса. "Я слышал, как меня зовут?? Вы чувствуете запах дыма? Это оазис впереди или мираж?
Когда мозг получает слабую информацию через органы чувств, он может интерпретировать эту информацию по-разному, и мы хотели понять, что определяет результирующее восприятие."
Чтобы выяснить это, О’Коннор и его команда использовали простую модель: нежное щекотание единственного уса мыши, сенсорного органа, общего у многих животных. «Стимуляция достаточно слабая, чтобы мыши иногда ее воспринимали, а иногда – нет», – объясняет О’Коннор. "Это почему?"
Чтобы найти ответ, исследователям пришлось обучить мышей определять, когда они чувствуют щекотку.
Во-первых, они поместили мышей рядом с водяным смерчем. Пощекотав усы, они дали мышке «награду» – немного воды из носика. Если бы они не пощекотали усы, не было воды. Таким образом, мыши научились лизать носик только после того, как почувствовали щекотку усов.
Используя микроскопию высокого разрешения с использованием искусственного белка, который флуоресцирует, когда нервная клетка активна, члены команды О’Коннора наблюдали за активностью сотен нейронов в той части мозга, которая отвечает за ощущение прикосновения. Затем они соединили эти данные с ответами животных на облизывание. Исследования на приматах уже показали, что активность в основных сенсорных областях коры головного мозга согласуется с восприятием, и они обнаружили, что это верно и для мышей.
Когда мыши правильно воспринимали щекотание и облизывали носик («удары»), в коре были более высокие уровни активности, чем когда они не ощущали щекотание («промахи»).
«Реакция коры головного мозга на один и тот же раздражитель не всегда была одинаковой, но она коррелировала с облизыванием животных», – говорит О’Коннор.
Так почему разница в реакции при одинаковой стимуляции? Исследователи начали поиск этого ответа, отслеживая активность нейронов, которые соединяются с отдельными усами.
Эти нейроны одинаково реагировали на все щекотки, независимо от того, воспринимали их мыши или нет.
Однако после того, как эти первые нейроны срабатывают в ответ на щекотание, сигнал попадает в ствол мозга, а затем в другую часть мозга, таламус. Таким образом, исследовательская группа повторила мониторинг активности и увидела небольшое кратковременное увеличение силы нейронной активности во время испытаний.
Команда думала, что реакция казалась слишком маленькой и короткой, чтобы отвечать за более крупные и более длинные сигналы удара, наблюдаемые в коре головного мозга.
Чтобы получить более четкую картину взаимосвязи между двумя сигнальными паттернами, ученые использовали луч света для искусственного усиления сигналов, посылаемых от таламуса в кору, но даже сильный свет вызывал только слабые пики активности в коре головного мозга и не приводил к ним. Помогите мышам почувствовать щекотание усов.
Наконец, они вернулись в кору, чтобы найти причину изменчивости. Их предыдущие эксперименты были сосредоточены на первичной сенсорной области коры (S1). Однако глубже в мозг находится другой набор нейронов, участвующих в «высших» аспектах восприятия, познания и памяти (S2). Когда ученые наблюдали за активностью, направляемой «назад» от этих нейронов S2 к нейронам в S1, они увидели закономерности, которые действительно предсказывали и согласовывались с восприятием животного.
«Это означает, – говорит О’Коннор, – что активность в S1 формируется S2, открытие, которое добавляет клеточные детали к нашему пониманию из психологии о том, что то, что мы воспринимаем, не является фиксированной вещью, основанной только на сенсорном вводе, но подвергается влиянию. по нашему предыдущему опыту и текущему состоянию нашего мозга."
О’Коннор говорит, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, что именно объясняет различия в передаче сигналов S2.
Он ожидает, что будет выявлен «множество» факторов, включая воспоминания и то, на что мозг обращает внимание.