Сколько нейронов нужно мышке, чтобы задетектить стимуляцию соматосенсорной коры, или как мы не галлюцинируем несмотря на спонтанную активность нейронов сенсорных кор?

Сколько нейронов нужно мышке, чтобы задетектить стимуляцию соматосенсорной коры, или как мы не галлюцинируем несмотря на спонтанную активность нейронов сенсорных кор?

Вопрос, казалось бы, немножко дурацкий, и правильный ответ будет: а какие нейроны мы стимулируем? Разная сенсорная информация обрабатывается сенсорной корой приблизительно одинаково и всегда послойно: сначала она идет в гранулярный слой приблизительно посредине разреза коры - L4 (и немножко в L5 и L6), а затем обрабатывается слоями над и под ним, и из L5 информация летит в остальные центры типа двигательной коры или таламуса (иногда образуя и петли обратной связи и gain control, и это все очень грубое упрощение). Как можно догадаться, от того, какой слой мы стимулируем, зависит, насколько сложно животному будет понять, что мы его стимулируем, и/или ответить. Например, если приучить животное лизать, когда оно “чувствует что-то” в barrel cortex (это участок первичной соматосенсорной коры, который “чувствует” усики), то вызвать лизание иногда можно, стимулируя всего один удачно выбранный нейрон из L5. Вполне логично, ведь это output layer - решатель, почувствали мы в конце концов что-то или нет. В то же время не каждая клетка в этом слое будет “давать команду“ лизать, что тоже очень логично.

А что если попробовать стимулировать другие слои? Авторы использовали очень интересную технологию, где они одновременно записывали активность сотен клеток L2/3 с помощью кальциевого индикатора GCaMP6s (когда в клетке есть активность, она светится, чем больше активности, тем больше кальция, тем больше флюоресцентного свечения) и могли прицельно их стимулировать с точностью до 1 клетки с помощью 2фотонной стимуляции(это такая прицельная оптогенетика, тоже испльзует опсин из светочувствительных водорослей, только его немного допилили).

И вот их ответ:

нужно всего лишь…около 14 нейронов (всего их в BC ~400,000, из них несколько тысяч находятся в этих поверхностных слоях), и на ~37 нейронах наступает сатурация, то есть сколько угодно нейронов свыше 37 не повышают точность детекции. И это очень стабильный показатель, то есть это от 14 любых рандомных нейронов в этой части BC (но тут есть некоторые оговорки) стимуляция небольшой группы нейронов вызывает ответ в сети вокруг них в виде подавления активности. Чем больше клеток стимулируется, тем сильнее супрессия.

3)самым важным фактором для поведения была именно активность стимулиремых клеток, а не супрессия или активация клеток вокруг них.

Таким образом, мы видим как сенсорная кора умеет эффективно отделять сигнал от “шума” спонтанной активности и не давать этому шуму превращаться, например, в галлюцинации. А также, если почитать глубже, выходит, что мозг умеет активно “учиться”, замечать стимуляцию, хотя для животного она скорее всего ощущалась по-разному в зависимости от выбранных групп клеток.

Комментарии: