Исследование, совместно проводимое учеными из неврологического института Барроу и Университета штата Аризона, включает запись активности отдельных нейронов в головном мозге пациентов с эпилепсией, которым для отслеживания приступов требуются имплантированные электроды. Установив электроды, можно изучать такие процессы, как восприятие и память, на уровне отдельных нейронов.Исследование было сосредоточено на горячо обсуждаемой теме когнитивной нейробиологии — проверке идеи «бабушкиных клеток» в человеческом мозге.
В последнее десятилетие несколько известных исследований показали, что отдельные клетки мозга точно настроены, чтобы выборочно запускать очень конкретные концепции. Например, нейрон в гиппокампе может быть тихим, когда человек просматривает сотни изображений животных, людей и предметов, но будет быстро срабатывать, когда человек видит фотографию актрисы Холли Берри. Этот же нейрон срабатывает в ответ на различные изображения Берри, а также на ее имя, предполагая, что нейрон представляет самого человека, а не только его внешний вид. Получив такие результаты, исследователи утверждали, что нейронные репрезентации понятий «разрежены».
Это была гипотеза о том, что понятия кодируются в мозге небольшими коллекциями высокоселективных нейронов.В новом исследовании, опубликованном в Journal of Neuroscience, использовался тот же базовый метод, что и в более ранних экспериментах, предполагавших разреженное кодирование. Пациенты просматривали множество изображений и имен и просто решали, представляет ли каждый стимул человека или животное / ориентир. Для каждой концепции было показано четыре разных изображения, каждое по шесть раз.
Несмотря на использование почти того же метода, что и в предыдущих исследованиях, новые результаты предоставляют убедительные доказательства распределенного кодирования, когда разные объекты создают изменения скорости возбуждения для многих нейронов. Из зарегистрированных нейронов, которые были активными, большинство реагировало на множественные, часто не связанные друг с другом концепции. Только один зарегистрированный нейрон из 1532 вел себя как бабушкины клетки из предыдущих исследований.
Чем объясняется такая резкая разница между экспериментами? Папеш и ее коллеги предполагают, что ключом могут быть новые воспоминания о конкретных стимулах. В то время как пациенты в новом эксперименте видели отдельные изображения только шесть раз, добровольцы в предыдущих исследованиях видели отдельные изображения до 50 раз. Объединив старые и новые исследования, результаты показывают, что эпизодическая память на определенные изображения может настраивать отдельные нейроны на высокоселективное поведение.
Но, как правило, люди редко сталкиваются с идентичными изображениями людей или мест десятки раз, и человеческий мозг предположительно развил свои схемы кодирования задолго до того, как появилась фотография. Мозг адаптирован для надежного распознавания новых изображений как примеров известных категорий, несмотря на изменения внешнего вида.
Новые результаты предполагают, что классификация достигается за счет распределения вычислительной нагрузки между большими наборами нейронов. В широко распределенной системе небольшие отклики тысяч нейронов представляют знание; потеря клеток практически не повлияет на способность распознавать предметы или людей.
Совокупные результаты этих исследований свидетельствуют о невероятной гибкости человеческого мозга, который может классифицировать недавно встреченные объекты, а также формировать устойчивые эпизодические воспоминания для конкретных изображений.