Том 73, № 5 (2023)

Проблема частотного кодирования тесно связана с исследованиями механизмов участия тормозных интернейронов в нейросетевой пластичности. В работе изложены основные принципы интеграции тормозных интернейронов в формирование пространственно-временного паттерна активности нейронов при обработке сигнала. Анализируются современные представления о динамическом характере синаптических реакций и их нестабильности в ходе текущей активности. Представленные результаты свидетельствуют о том, что кратковременная пластичность осуществляется в тесном взаимодействии возбуждающих и тормозных синапсов. Обсуждается влияние тормозных потенциалов на активность внутриклеточных посредников, влияющих на динамику постсинаптических модификаций возбуждающих и тормозных синапсов. К настоящему времени многое известно о молекулярных механизмах таких модификаций, однако никаких концептуальных представлений о ключевых факторах, объединяющих реакции внутриклеточного сигналинга в единую систему, обеспечивающую сбалансированность и “адаптивность” модификаций возбуждающих и тормозных синапсов, до сих пор не предлагалось. Приводятся аргументы в пользу координирующей роли актинового цитоскелета. Предполагается, что источником постсинаптических модификаций тормозных синапсов является быстрая адаптация актинового цитоскелета и ассоциированных с ним белков к любым отклонениям от оптимального баланса между возбуждением и торможением.

На здоровых молодых испытуемых с использованием модели прямой маскировки исследовали влияние временных характеристик предъявления маски на выполнение базовой и суперординатной категоризации (БК и СК) изображений предметов. Маска могла быть конгруэнтной, неконгруэнтной или семантически нейтральной по отношению к значимому изображению. В первой серии анализировали влияние асинхронности начала предъявления стимулов (АНС, интервала времени между началом предъявления маски и стимула), которая изменялась от 100 до 350 мс с шагом 50 мс при постоянной длительности маски 100 мс. Во второй анализировали влияние длительности маски, которая увеличивалась от 100 до 250 мс с шагом 50 мс при постоянной АНС 250 мс. Показано, что СК происходила быстрее, чем БК. Предположительно это связано с участием в СК низкочастотной составляющей описания стимула, быстро передающейся по магноцеллюлярному зрительному пути. БК по сравнению с СК более чувствительна к временным характеристикам маски и ее категориальной принадлежности. При этом изменение АНС оказывало бо́льшее влияние на время реакции, чем длительность маски. Если исходить из предположения, что изменения АНС влияют на ранний перцептивный этап переработки стимула, то его чувствительность к незначимой информации проявляется в более отчетливой зависимости БК от АНС по сравнению с СК.

Группа из 20 здоровых испытуемых (11 мужчин и 9 женщин) при проведении фМРТ выполняла задание на селективное слуховое внимание в парадигме дихотического прослушивания с различным уровнем перцептивной нагрузки. Анализ паттернов активации головного мозга, измеренной с помощью фМРТ во время селективного прослушивания слитной речи с дистракторами различной силы, выявил статистически значимые половые различия в топографии корковой активности. Эффекты “женщины > мужчины” преобладали в области левой верхней височной извилины, а также левых пре- и постцентральной извилин; в то время как наиболее выраженные эффекты “мужчины > женщины” выявлены в области левого островка, скорлупы и лобной покрышки. Статистически значимые эффекты также получены при сопоставлении паттернов активации по уровню сложности задания: показано, что маскировка голосом диктора женского пола вызывает бо́льшую активацию дополнительных областей высокого уровня обработки информации. Полученные данные свидетельствуют о наличии полового диморфизма организации системы селективного слухового внимания.

В работе рассматриваются синергетические эффекты, проявляющиеся на кортикальном и мышечном уровнях при локомоторной активности, выполняемой в условиях горизонтальной вывески нижних конечностей. Анализ пространственно-временной структуры синергий выполнен с применением методов матричной факторизации данных. Установлено, что управление структурой движений преимущественно реализуется посредством трех мышечных синергий. Синхронизация активности моторной, ассоциативной, зрительной и сенсомоторной областей билатеральной части коры обусловлена спецификой выполнения локомоции в условиях гравитационной разгрузки и связанными с этим особенностями рецепторной сигнализации. Выявленные компоненты, свидетельствующие о синхронизации различных областей коры правой и левой стороны, могут отражать процессы управления, связанные с контролем попеременной активации мышц сгибателей и разгибателей контралатеральной конечности в процессе локомоции. Данные о пространственно-временном структурировании корковой активности свидетельствуют о раздельном управлении мышечными синергиями посредством синхронизации кортикальных команд и временнόй организации мышечных синергий в частотных диапазонах от 0.30 до 8.00 Гц. Такие закономерности могут отражать работу ритмогенерирующего механизма, задействованного в управлении циклической активностью.

В поведенческих экспериментах исследовали способность макак-резусов к удержанию в рабочей памяти зрительных объектов, различающихся по форме, по цвету, либо по сочетанию этих признаков. Шесть самцов макак-резусов выполняли задачу отсроченного сопоставления с образцом, где образцами служили три геометрические фигуры из набора стимулов. В первой серии экспериментов это были разноцветные фигуры разной формы, во второй – круги разных цветов, в третьей – монохромные изображения различных фигур из набора стимулов. При использовании обоих признаков для удержания в памяти объектов обезьяны продемонстрировали максимальный результат, а задачу сопоставления по цвету выполняли в целом лучше задачи сопоставления по форме. Последний результат расходится с данными ряда работ, где в аналогичных экспериментах, но с одним образцом для запоминания, была продемонстрирована противоположная тенденция. Причиной этого может быть смещение фокуса внимания от локальных признаков (контуры фигур) к глобальным (цвет) при запоминании информации в условиях бо́льшей нагрузки на рабочую память в нашем исследовании.

Визуализация кальция in vivo широко применяется в нейробиологии для оценки активности нейронных ансамблей. Появление однофотонного миниатюрного флуоресцентного микроскопа (минископа) сделало возможным проведение прижизненной визуализации кальция у свободно передвигающихся животных. Для анализа данных, полученных с помощью минископа, были разработаны различные алгоритмы и пакеты анализа. В данной работе на примере модельных данных с разным уровнем шума исследуется связь между точностью обнаружения нейронов и значениями параметров “Minian” – пакета для анализа данных, полученных с помощью минископа. На основании полученных результатов даются рекомендации по изменению значений параметров “Minian” в зависимости от уровня шума в обрабатываемых данных. Результаты, полученные в данном исследовании, являются предварительным руководством по выбору соответствующих значений параметров “Minian” при обработке экспериментальных данных. Ожидается, что результаты данного исследования будут актуальны для нейробиологов, занимающихся прижизненной визуализацией кальция у свободно передвигающихся животных.