Учёные показали универсальность в эволюции мозга

Учёные обнаружили универсальный биологический принцип самоорганизации в зрительной коре трёх генетически разнообразных млекопитающих. Во всех трёх случаях они нашли математически точную «вертушечную» организацию и ориентацию нейронов.

Исследование показало, что эта область зрительной коры самоорганизуется благодаря нейронной активности, а не под прямым контролем генов или окружающей среды. Например, у хорьков, выращенных в темноте, эта организация всё равно формируется в развивающемся мозге.

Эта работа демонстрирует, что сложные паттерны связей в мозге способны к самоорганизации с математической точностью. Хотя в физике идея появления сложных паттернов в динамической системе без центрального управления известна, в нейробиологии самоорганизация как сила развития признавалась редко. Данное исследование, одним из авторов которого является Леонард Уайт из Университета Дьюка, представляет наиболее хорошо задокументированный случай такого механизма в развитии мозга. Точная структура возникает благодаря текущей активности, латеральным взаимодействиям нейронов и работе нейронной сети.

Результаты, опубликованные в журнале Science, могут заставить учёных по-новому взглянуть на то, как такая сложная система, как человеческий мозг с его 100 миллиардами нейронов, изначально формирует связи. Это особенно важно, учитывая относительно небольшое количество генов в геноме человека и ограниченный опыт новорождённого, у которого уже есть продвинутая нейронная архитектура в коре головного мозга.

Демонстрация самоорганизации в развитии мозга также может иметь значение для реабилитации после неврологических травм или заболеваний. Поскольку нейронные цепи в восстанавливающемся мозге реактивируют программы роста, действовавшие в раннем возрасте, вероятно, что самоорганизация продолжит влиять на архитектуру нейронных цепей всякий раз, когда они пластичны и способны менять силу и распределение своих связей.

Задача будущих исследований — понять, как генетические инструкции и ранний жизненный опыт взаимодействуют внутри самоорганизующейся сети клеток мозга, и как можно оптимизировать это взаимодействие для улучшения функции как в нормально развивающемся мозге, так и в зрелом мозге, вынужденном адаптироваться к травме или болезни.

Ориентация нейронов: Ориентация такова, что от любого центрального нейрона окружающие нейроны выстраиваются в повторяющийся паттерн ориентации. Этот центральный нейрон, в свою очередь, является частью повторяющегося паттерна в соседней «вертушке» — и всё это с математической точностью. Нейроны реагируют на вертикальные, горизонтальные или наклонные паттерны, создавая изображения, которые мозг может воспринимать и обрабатывать как наше трёхмерное окружение.