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.

Схема эксперимента. На глаза животных, находящи...

Схема эксперимента. На глаза животных, находящихся в специально-сконструированной камере, при помощи красных светодиодов подавали синусоидальный световой сигнал c частотой 10 Гц. Одновременно происходила регистрация электрической активности четырех лимбических структур мозга (медиальной септум (МС), гиппокампа (Гип), энторинальной коры (Энт) и амигдалы (БА)) животных. Рисунок предоставлен авторами статьи.

«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 ее несовершенство, а как механизм обработки информации.

научный сотрудник Лаборатории системной организ...

научный сотрудник Лаборатории системной организации нейронов имени О.С. Виноградовой, кандидат биологических наук Любовь Шубина

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,

Пресс-релизы ИТЭБ РАН: http://web.iteb.psn.ru/press-release.htm