Недавно группа исследователей из Аспирантуры Окинавского института науки и технологий и их сотрудники изучали, как изменения активности крупных нейронов, называемых клетками Пуркинье, обнаруженные в мозжечке — области мозга, известной своей ролью в сенсомоторной координации, — коррелировали с эти саккадические движения глаз. Недавно они опубликовали свои результаты в eLife.
Для этого команда изучила данные мозга трех живых обезьян в Германии, за которыми наблюдали во время саккадического движения. В частности, их интересовало, как нейроны передают информацию в виде электрических сигналов.
Как и все другие нейроны, клетки Пуркинье излучают выбросы, вызванные электрическим выходом. Клетки Пуркинье большую часть времени выстреливают быстро, но иногда бывают паузы в всплесках.«Одна из многих проблем при изучении нейронов — выяснить первопричину различных электрических сигналов», — сказал профессор Эрик Де Шуттер, соавтор и глава подразделения вычислительной нейробиологии OIST. «Мы хотим знать, о чем на самом деле говорят нам эти шипы».
Их подход к анализу данных был уникальным, потому что исследователи изучили не только информацию, касающуюся всплесков и пауз в клетках Пуркинье, но также изучили активность в потенциале локального поля.«Потенциал локального поля или соседство вокруг конкретной клетки Пуркинье отражает активность многих нейронов одновременно», — сказал Де Шуттер.
Таким образом, они могли посмотреть на взаимосвязь между тем, что происходило в определенных нейронах, и тем, что происходило в средней активности вокруг этих нейронов.«Мы обнаружили, что всплески прямо перед и после паузы показали гораздо большую корреляцию с потенциалом локального поля», — сказал Сунхо Хонг, первый автор и руководитель группы отдела вычислительной нейробиологии OIST. «Это означает, что эти всплески и паузы не случайны. Они связаны с событиями, происходящими в более крупной сети».
Следующим шагом было изучение взаимосвязи между этими электрическими сигналами в нейронах и самим движением глаз.«Во время саккады происходит большое изменение потенциала местного поля», — сказал Де Шуттер. «Мы также можем видеть, что есть всплеск начала паузы в клетке Пуркинье в то время, когда начинается движение глаз».
Остальные спайки, которые не происходили непосредственно до или после паузы, не имели особого индивидуального значения. Однако, когда команда построила математическую модель средней скорости стрельбы этих шипов, они обнаружили, что простая взаимосвязь может предсказать плавный аспект движения — часть движения, которая следует после самого начала саккады.
«Это показало нам, что шипы, с которых начинается пауза, контролируют начало движения, а те, которые не связаны с паузами, контролируют скорость движения», — сказал Де Шуттер. «Это означает, что в клетках Пуркинье есть мультиплексирование — они могут посылать два сигнала одновременно».Это важно, потому что это исследование предполагает, что как время отдельных спайков, так и средняя частота спайков имеют решающее значение для понимания сложности мозжечка и управления мелкой моторикой.Это понимание механизма нейронов в мозжечке может быть полезно в современных медицинских технологиях, таких как взаимодействие мозга и машины, которое позволяет парализованным пациентам перемещаться, перенаправляя сигналы мозга.
Кроме того, эта информация может быть полезна в робототехнике, требующей точного управления моторикой.«Детали имеют значение, — сказал Де Шуттер. «Легко взглянуть на среднее значение, но отдельные всплески дают интересную информацию».