«Сопоставление восприятия с будущим действием кажется простым», — говорит нейробиолог из UCSB Майкл Гоард. «Мы делаем это все время, когда видим светофор и используем эту информацию, чтобы направлять наши дальнейшие двигательные действия. Однако то, как эти ассоциации отображаются во времени в мозгу, не совсем понятно».В новой статье, опубликованной в журнале eLife, Гоард и его коллеги из Массачусетского технологического института достигли прогресса в картировании мозговой активности мышей при выполнении простых, но фундаментальных когнитивных задач. Хотя мозг мыши намного меньше человеческого, существуют замечательные структурные сходства.
Мозг мыши состоит из примерно 75 миллионов нервных клеток или нейронов, которые связаны в сложные сети, которые не влияют на изощренное поведение.Исследователи использовали крупномасштабную визуализацию кальция, чтобы измерить ответы отдельных нейронов в нескольких областях мозга, в то время как мыши выполняли задачу отложенного ответа. Во-первых, они обучили мышей реагировать на визуальные стимулы — дрейфующие полосы — либо облизывая, либо удерживая лизание, в зависимости от того, перемещались полосы по вертикали или по горизонтали.
Пока мыши выполняли задачу, исследователи регистрировали нейронную активность в нескольких областях мозга, которые, как предполагается, были задействованы, включая зрительную, теменную и лобную моторную кору.Используя мощный лазерный сканирующий микроскоп, команда смогла обнаружить сигналы кальциевых индикаторов, выраженные в нейронах значительно ниже поверхности мозга. Нейроны обычно имеют очень низкие концентрации внутриклеточного кальция, но когда они становятся активными, уровни кальция повышаются, увеличивая флуоресценцию индикатора и позволяя измерять активность нейронов.
Таким образом, ученые смогли увидеть, какие нейроны были активными, пока мыши выполняли задачу отложенного ответа.«Как и ожидалось, мы обнаружили много нейронов, которые реагировали только на визуальный стимул или лизание, но мы также обнаружили много нейронов, которые реагировали на другие части задачи», — сказал Гоард, доцент кафедры психологии UCSB. Науки о мозге и Отдел молекулярной, клеточной биологии и биологии развития. «В лобной моторной коре мы обнаружили довольно много нейронов, которые были активны в период задержки между зрительным стимулом и моторной реакцией. Это привело нас к нескольким новым интерпретациям роли, которую различные области мозга играли во время выполнения задачи. "Основываясь на нейронной активности в различных областях мозга, Гоард и его команда затем использовали оптогенетику — метод манипулирования нервными клетками светом — чтобы инактивировать нейроны с временной точностью, чтобы идентифицировать те, которые функционируют во время различных частей задачи. . Это позволило им выяснить, какие области необходимы для выполнения задачи.
Например, команда определила, что зрительная и теменная области участвуют в восприятии стимула и преобразовании его в моторный план, но только лобная моторная кора головного мозга необходима для поддержания моторного плана в течение периода задержки.«Используя этот общий подход, мы надеемся отобразить основные области для различных типов когнитивных задач», — пояснил Гоард. «Нас особенно интересует, как мыши поддерживают определенные типы воспоминаний в распределенных областях мозга».