Пытаясь создать протезы, которыми управляют нервные импульсы, ученые Стэнфордского университета впервые раскрыли механизм, позволяющий различным разделам мозга работать в нужный момент как одно целое. Статью об этом они опубликовали в последнем номере журнала Nature Neuroscience.

Вообще, различные участки мозга работают автономно, сосредотачиваясь только на своей задаче, и уже потом передают результаты своей работы «по инстанции». Однако иногда, когда в этом возникает необходимость, они начинают работать вместе. Механизм этой совместной работы всегда был загадкой для исследователей, поскольку в ней принимают участие миллиарды нейронов, и отследить, что происходит с ними, по крайней мере на сегодня возможным не представляется.

Стэнфордская группа, которую возглавляет профессор Кришна Шеной, пыталась понять, какая подготовительная работа происходит в мозге, прежде чем он отдаст приказ рукам сделать быстрое и точное движение, – это было необходимо для создания контролируемых мозгом протезов. Они ставили эксперименты на обезьянах, которые были натренированы делать быстрые и точные движения руками, но перед тем, как начать выполнять эти движения, они ненадолго замирали в паузе. Именно то, что происходит в мозге обезьяны во время этой паузы, и хотели узнать ученые.

В мозге есть два отдела, управляющие движениями рук, каждый из которых располагается в паре сантиметров от центра мозга по разные стороны от него. В каждом таком разделе находится более чем 20 миллиардов нейронов. Как уже было сказано, за миллиардами нейронов сегодня уследить невозможно, поэтому информация считывалась с пары сотен нейронов в каждом участке мозга. Ученые, в частности, хотели понять, как работает популяция нейронов всего участка мозга, как они синхронизируют свои действия, чтобы выдать в конце концов нужный сигнал мускулам.

Во время предварительной паузы ученые обнаружили существенное изменение активности части нейронов, хотя в целом она оставалась прежней за счет того, что другие нейроны, наоборот, снизили свою активность, и сигнал мускулам о сокращении не поступал. В момент же, когда это сокращение начиналось, общая активность нейронов резко менялась, причем менялась синхронно в обоих участках мозга.

Математический анализ полученных данных позволил ученым найти сигнал, помогающий обоим участкам работать совместно и в унисон. Это был именно тот сигнал, который они искали.

«Не перестаю удивляться удивительному взаимодействию между фундаментальной наукой и прикладными исследованиями. Лучшие идеи для разработки протезных систем для людей, страдающих параличом, всегда приходят из области фундаментальных исследований, но в то же время самые яркие научные озарения бывают порой плодом чисто инженерных разработок для медицинских систем», – комментирует результаты профессор Шеной.