Вчені виявили нові властивості мозку

Дослідники з Гарварду разом з експертами з машинного навчання Google склали карту нейронних ланцюгів мозку.

У кубічному міліметрі здорової тканини, вилученої з кори головного мозку 45-річної жінки, вони нарахували 57 тисяч окремих клітин, 150 мільйонів нейронних зв’язків і 23 сантиметри кровоносних судин.

Результати цього дослідження опубліковані в Science, пише The Guardian.

Розрізавши тканину на пластини менш ніж у 1000 разів тонші за ширину людської волосини, дослідники зробили зображення кожної з них за допомогою електронного мікроскопа. Так вони зафіксували деталі структури мозку до нанорозміру – тисячних часток міліметра.

«Мета полягала в тому, щоб отримати зображення з високою роздільною здатністю цього найзагадковішого фрагмента біології, який кожен із нас носить на своїх плечах. Ми не робили цього раніше, бо це складно«, – пояснив професор молекулярної та клітинної біології в Гарварді Джефф Ліхтман.

Потім алгоритм машинного навчання простежував шляхи нейронів та інших клітин через окремі ділянки.

Зображення містили 1,4 петабайта даних, що еквівалентно 14 тисячам повнометражних фільмів із роздільною здатністю 4k.

«Ми знайшли в цьому наборі даних багато речей, яких немає в підручниках. Існує прірва між тим, що ми вже знаємо, і тим, що нам потрібно знати«, – додав Ліхтман.

Карта також виявила рідкісні випадки, коли нейрони створювали надзвичайно міцні зв’язки з іншими клітинами. По всій частині мозкової тканини понад 96% аксонів (відростки нервової клітини, що проводять імпульси) створили лише одне з’єднання з цільовою клітиною, а 3% – з двома.

Але 1% аксонів мав десятки з’єднань з іншими клітинами.

Науковці припускають, що такі міцні зв’язки з іншими клітинами можуть пояснити, як працює добре засвоєна поведінка. Наприклад, прибрати ногу з педалі газу та натиснути на гальмо на червоне світло.

«Я думаю, що ці потужні зв’язки можуть бути частиною системи засвоєної інформації та того, який вигляд навчання має в мозку«, – сказав він.

Що було раніше

Мозок людини обробляє травматичні спогади як теперішні переживання

В основі посттравматичного стресового розладу (ПТСР) – порушенні психічного стану, який може з’явитися після травматичної події, лежать спогади, які неможливо контролювати.

Травматичні спогади обробляються мозком інакше, ніж просто сумні спогади, йдеться в статті групи дослідників Єльського університету та Медичної школи Ікана на горі Синай (США), опублікованій у журналі Nature Neuroscience.

Команда відстежувала активність мозку 28 людей з ПТСР, коли вони слухали аудіозаписи своїх спогадів. Спогади були трьох типів: травматичні, що викликають ПТСР, сумні, але нетравматичні, та нейтральні.

Як повідомляють дослідники, сканування мозку виявило чіткі відмінності між сприйняттям просто сумних і травматичних спогадів.

Люди, які слухали сумні спогади, часто пов’язані зі смертю члена сім’ї, демонстрували стабільно високу активність гіпокампу – ділянки мозку, яка відіграє важливу роль у формуванні та запам’ятовуванні повсякденних спогадів, разом з їхніми емоційними аспектами.

Але з травматичними спогадами – про сексуальне насильство, пожежу, стрілянину в школах і терористичні атаки – гіпокамп не був задіяний.

«Це говорить нам про те, що мозок перебуває в різному стані в цих двох спогадах«, – каже нейробіолог з Медичної школи Ікана на горі Синай і одна з авторок дослідження Даніела Шиллер.

Як виявили вчені, травматичні спогади задіюють іншу ділянку мозку – задню поясну кору, яка зазвичай відповідає за внутрішньо спрямоване мислення, наприклад, самоаналіз або мрії.

Чим важчими були симптоми ПТСР, тим більшу активність виявляла задня поясна кора.

«Мозок при ПТСР не виглядає так, ніби він перебуває у стані пам’яті, він виглядає так, ніби він перебуває у стані теперішнього досвіду«, – каже Шиллер.

За її словами, вражає те, що задню поясну кору називають не областю пам’яті, а областю, яка займається «обробкою внутрішнього досвіду».

Шиллер зазначила, що терапія ПТСР часто спрямована на те, щоб допомогти людям організувати свою пам’ять так, щоб вони могли розглядати її як віддалену від сьогодення.

Один із авторів статті доктор Ілан Харпаз-Ротем зауважує, що травматичні спогади переживаються мозком не як звичайні спогади. Цей висновок дає змогу припустити, що в людей із ПТСР мозок обробляє травматичні події не як спогади, а як нинішні переживання.

За його словами, ці дані свідчать про те, що повернення до спогадів є критично важливим елементом лікування.

«Ви допомагаєте пацієнту побудувати пам’ять, яка може бути закріплена в гіпокампі. В ідеалі, такі методи лікування можуть допомогти трансформувати травматичні спогади в ті, що більше нагадують звичайні сумні спогади. Якщо я можу отримати доступ до спогаду, я знаю, що це спогад. Я знаю, що це не відбувається зі мною зараз«, – каже Гарпаз-Ротем.

Директорка з досліджень ПТСР в Університеті Західного Онтаріо докторка Рут Ланіус, яка не брала участі в дослідженні, назвала його результати «фундаментальними».

«Солдат, почувши феєрверк, може побігти і сховатися в укритті. Травматичні спогади не забуваються, вони повторно переживаються», – розповідає Ланіус.

За її словами, лікарі можуть використовувати ці результати для лікування пацієнтів, які «не відчувають, що травма минула», застосовуючи терапію, яка «актуалізує контекст, щоб людина усвідомлювала, що це сталося в минулому».

За словами заступника директора Відділу поведінкових наук Національного центру ПТСР Брайан Маркса, якщо науковцям вдасться знайти біологічні маркери для діагностики ПТСР, це стане «великим науковим проривом».

Доктор Маркс назвав нове дослідження «інтригуючим», але не остаточним, зазначивши, що воно не включило порівняльну групу суб’єктів без діагнозу ПТСР, не уточнило, як давно відбулися травматичні події і не вказало, чи отримували суб’єкти психотерапію.