Ученые давно предположили, что более крупная внутренняя система контролирует эти отдельные датчики, как нейронный термостат, регулируя среднюю скорость срабатывания по всему мозгу. По их мнению, без этого термостата наши гибкие нейроны вышли бы из-под контроля, создавая плохие связи или вообще не создавая никаких соединений. Результатом неисправного нейронного термостата может стать эпилептический припадок, кататония или аутизм.Подобное термостату управление возбуждением нейронов никогда не наблюдалось у живых сложных животных — до сих пор.
Ученые из Университета Брандейса in vivo наблюдали, что нейроны коры неокортекса, клетки, которые контролируют высшие функции, такие как зрение, язык и пространственное мышление, имеют установленную среднюю частоту активации и возвращаются к этой уставке даже во время длительных периодов сенсорной депривации. Кроме того, этот нейронный термостат настолько хорошо регулирует среднюю скорость возбуждения, что она не меняется между периодами сна и бодрствования.Исследование, проведенное профессором Джиной Турриджиано в сотрудничестве с лабораториями Дона Каца и Стивена Ван Хузера, стало статьёй на обложке журнала Neuron от 16 октября.
У всех видов млекопитающих на раннем этапе развития есть период, когда мозг выполняет большую часть своих функций, на что в значительной степени влияет среда, в которой выращивают животное. Это исследование показало, что в течение этого периода нейроны постоянно «самонастраиваются», чтобы приспособиться к изменениям в окружающей среде, говорит научный сотрудник Кейт Хенген, первый автор статьи.«Если что-то нарушается в этот критический период раннего детского развития, функционирующие нейроны могут саморегулироваться и вернуться к своей средней скорости срабатывания уставки», — говорит Хенген.В этом исследовании команда Турриджиано изучала молодых крыс, которые временно потеряли зрение на один глаз.
В первые 48 часов частота возбуждения нейронов значительно снизилась из-за отсутствия внешних стимулов. Но в течение следующих 48 часов эти нейроны вернулись к своей уставке — как в холодильной камере.Вскоре частота нервных импульсов неокортекса стала одинаковой в обоих полушариях, одно с визуальными данными, а другое без.
Команда Турриджиано изучила бодрствующих и спящих животных и обнаружила, что, хотя схема нейронной активации изменилась, скорость стрельбы осталась неизменной.Этот гомеостатический механизм удерживает нейроны в равновесии, даже если они изменяются в ответ на обучение, развитие и факторы окружающей среды.
«Правило гомеостаза может контролировать среднюю активность в периоды сна и бодрствования», — сказал Хенген. «Другие правила в мозгу должны действовать в контексте этой жестко регулируемой системы фиксированных средних скоростей стрельбы».Продемонстрированная уставка частоты нервных импульсов открывает совершенно новый подход к размышлениям о неврологических расстройствах, таких как эпилепсия, при которой мозг слишком возбужден, и аутизм, при котором мозг недостаточно возбужден.
«Если мы сможем выяснить, как строятся эти контрольные точки, мы сможем их скорректировать и вернуть в равновесие мозги людей, страдающих такими расстройствами», — говорит Турриджиано.