Коли ви впізнаєте знайоме обличчя, ваш мозок повинен зв'язати це обличчя з ім'ям, місцем і, можливо, спогадом. Ці частини інформації не обов'язково обробляються в одній частині мозку. Проте вони зливаються так плавно, що ви сприймаєте їх як єдину думку.

Вчені, можливо, знайшли спосіб, як мозок виконує цей трюк. Нове дослідження показує, що віддалені частини мозку короткочасно синхронізуються, коли ми утримуємо та відтворюємо інформацію. Під час цих миттєвих моментів їхні клітини стають більш схильними надсилати сигнали разом, що потенційно дозволяє об'єднати окремі частини думки.

Дослідження, опубліковане в Nature Neuroscience, під керівництвом медичного науковця Іллі Верзбинського та нейробіолога Еріка Халгрен з Університету Каліфорнії в Сан-Дієго, вивчало записи мозкової активності 35 людей, які проходили лікування резистентної до терапії епілепсії.

"Синхронізація може бути основною валютою мозку для зв'язування інформації."

– Медичний науковець Ілля Верзбинський

Ці пацієнти вже мали електроди, встановлені в їхніх мозках з медичних причин. Це дало дослідникам рідкісну можливість прослухати електричну активність окремих клітин мозку під час виконання тесту на пам'ять.

Їм показували одну або три картинки і просили запам'ятати їх на кілька секунд. Потім їм потрібно було вирішити, чи була інша картинка частиною оригінальної групи.

Дослідники особливо цікавилися дуже короткими сплесками електричної активності, які називаються "коливаннями". "Коливання – це дуже короткий сплеск ритмічних коливань у збудливості нейронів – приблизно 90 циклів на секунду, що триває лише близько десятої частки секунди", – сказав Верзбинський.

Простіше кажучи, невелика група клітин мозку раптово стає дуже активною і рухається в одному швидкому ритмі. Вся подія закінчується майже так само швидко, як і починається.

Протягом 43 сесій запису дослідники спостерігали за активністю 1373 клітин мозку. Вони виявили, що коливання часто з'являлися одночасно в двох віддалених областях мозку.

Коли це відбувалося, клітини в цих областях були приблизно на 30 відсотків більш схильні надсилати сигнали разом. У деяких частинах завдання цей показник досягав 49 відсотків.

Це може допомогти пояснити, як інформація, що зберігається в мозку, може об'єднуватися в один досвід. Обличчя може оброблятися в одній області, ім'я в іншій, а місце, де ви зустріли цю людину, десь ще. Спільний ритм може короткочасно відкрити лінію зв'язку між цими областями, дозволяючи їм працювати як одна команда.

Найбільш вражаючим результатом було те, наскільки далеко досягала ця координація. Спільні коливання пов'язували області, розділені на відстань до 220 міліметрів, і навіть з'являлися через дві півкулі мозку.

Зазвичай прямі зв'язки між областями мозку стають менш поширеними, оскільки відстань між ними збільшується. Якщо коливання залежали лише від прямих з'єднань, їхня координація повинна була б послаблюватися на більших відстанях. Це не сталося.

Результати свідчать про те, що ця координація може не вимагати єдиної області мозку, яка діє як диригент. Натомість ефект може нагадувати натовп, який поступово починає плескати в такт без жодного керівництва.

Ритм також ставав більш помітним, коли завдання на пам'ять ускладнювалося. Коли учасники запам'ятовували три картинки замість однієї, координація сигналів зросла приблизно на 13 відсотків, коли вони утримували картинки в пам'яті, і на 19 відсотків, коли намагалися впізнати одну.

Клітини, які надсилали сигнали разом, коли картинка вперше з'явилася, також були більш схильні повторювати цей шаблон, коли та ж картинка з'являлася знову. Учасники, як правило, швидше впізнавали картинку, коли це відбувалося.

Попередні дослідження пов'язували подібні коливання з відтворенням і зберіганням спогадів. Нові результати свідчать про те, що ці короткі ритми можуть також допомогти мозку зберігати думку разом, поки ми активно її використовуємо.

Але дослідження не доводить, що коливання викликали швидше впізнавання. Дослідники спостерігали за сигналами, але не вмикали і не вимикали їх, щоб побачити, як змінюється пам'ять.

Усі учасники також мали важку епілепсію, і електроди були розташовані відповідно до їхніх медичних потреб. Це означало, що лише вибрані частини їхніх мозків могли бути вивчені. Експеримент тестував лише один тип завдання на пам'ять.

Верзбинський зазначив, що було б передчасно вважати ці сигнали ціллю для лікування станів, які впливають на пам'ять або мислення. Дослідники спочатку повинні з'ясувати, чи відбувається та ж активність у здорових мозках і чи порушення її змінює пам'ять.

На даний момент результати пропонують переконливу можливість: думка може здаватися цілісною, оскільки віддалені частини мозку короткочасно знаходять один і той же ритм.

Дослідження було опубліковане в Nature Neuroscience.