Во время сенсомоторной обработки в мозгу нейроны постоянно бомбардируются информацией от других нейронов. Когда мы используем наши глаза для взаимодействия с окружающей средой, тысячи нейронов взаимодействуют друг с другом, чтобы осмыслить всю поступающую информацию и отреагировать на нее: если кто-то бросает вам мяч, ваши глаза отслеживают мяч, и цепочка нейронов связь информирует вашу руку, куда она должна пойти, чтобы поймать ее.
Но то, как эти нейроны взаимодействуют между видением и действием, является сложным и важным соображением. Новое исследование, проведенное Лабораторией познания и сенсомоторной интеграции в Инженерной школе Суонсона Университета Питтсбурга, показало, как нейроны кодируют и декодируют эту информацию и различают моторные и сенсорные сигналы.
«Мы хотели выяснить, как декодер точно знает, когда начинать движение , если он также получает сигналы, когда движение нежелательно», — сказал Удай К. Джагадисан, ведущий автор и бывший аспирант Лаборатории познания и сенсомоторной интеграции. . «Мы не только смогли обнаружить надежную временную закономерность в активности нейронов , которая была связана с движением, но мы также смогли воспроизвести ее с помощью микростимуляции».
Исследователи изучили, как происходит декодирование, когда сигналы приводят к движению, пытаясь отличить это от того, как информация кодируется во время визуальной обработки. Другими словами, если нейроны получают как сенсорные, так и моторные сигналы, как они различают их? Откуда мозг знает, когда нужно заставить тело двигаться?
«Одни и те же группы нейронов могут передавать информацию об ощущениях и движениях, и мозг знает, какой сигнал какой. Мы обнаружили, что группы нейронов кодируют одну и ту же информацию на одном «языке», чтобы отправлять сообщения об ощущениях, и на другом «языке». «для отправки информации о движении», — объяснил Нирадж Ганди, профессор биоинженерии, возглавляющий лабораторию познания и сенсомоторной интеграции в Питте. «Принимающие группы нейронов действуют только на один из языков — это ключ».
Это первое исследование, которое точно определяет процесс кодирования и декодирования и проверяет результаты с помощью микростимуляции. Исследователи смогли повторить модель нейронной активности в мозге нечеловеческих приматов и вызвать предполагаемую двигательную реакцию.
Это открытие жизненно важно для таких приложений, как интерфейсы мозг-компьютер и нейропротезирование. Эти искусственные системы могут помочь людям, перенесшим травмы головного мозга или другие расстройства, влияющие на двигательные или сенсорные процессы, но для надежной работы им необходимо расшифровывать активность мозга и понимать намерения, стоящие за паттернами активности.
«Для нейропротезирования это исследование может создать способ затормозить и подавить реакцию, когда вам это не нужно, и высвободить, когда это действительно необходимо, все на основе нейронной болтовни», — сказал Джагадисан. «Современная технология просто подает импульс каждые несколько миллисекунд. Если у вас есть возможность контролировать время доставки каждого импульса, вы можете выбрать шаблонную микростимуляцию для достижения желаемого эффекта».
