Нейробиологи пришли к выводу, что большинство нейронов - " мастера на все руки" (универсалы)

Цитата: «Мы не утверждаем, что специализированных нейронов не существует. Мы утверждаем, что они являются исключением. Это не всеобщее правило».

Новое исследование посвящено загадке, столь же старой, как и сама нейробиология: является ли каждый нейрон в мозге специалистом, выполняющим ограниченную задачу, как молоток или пила, или же они универсалы, мастера на все руки, как швейцарские армейские ножи?

Опубликована научная статья:

«Редко встречающиеся категориальные, высокосепарабельные репрезентации в кортикальной иерархии»,

Rarely categorical, highly separable representations along the cortical hierarchy, Nature (2026). DOI: 10. 1038/ s41586-026-10668-4.

Изучив множество результатов исследований, полученных в ходе международного сотрудничества по анализу мозга мышей, исследователи из Института Цукермана при Колумбийском университете выяснили, что специализированные нейроны, безусловно, существуют, но большинство из них, по-видимому, являются универсальными.

«Мы должны отказаться от представления о мозге как о машине, состоящей из шестеренок, каждая из которых выполняет определенную функцию, которую мы можем обозначить", — сказал Стефано Фузи, главный научный сотрудник Института Цукермана при Колумбийском университете, член Института исследований мозга Кавли и соавтор статьи. — Мозг так не работает. На самом деле большинство нейронов могут демонстрировать огромное разнообразие реакций, и это помогает мозгу решать огромное количество различных задач. "

Эти новые открытия проливают свет на то, каким образом мозг в конечном итоге способен к тому чтобы выполнять сложные задачи.

Являются ли нейроны «специалистами» или «универсалами» — «это старый и важный вопрос, по которому у исследователей нет единого мнения», — сказал Лоренцо Позани, соавтор исследования и главный научный сотрудник Парижского института мозга и Национального центра научных исследований Франции, который проводил эту работу в Институте Цукермана при Колумбийском университете.

Предыдущие исследования показали, что мозг состоит из модулей, отвечающих за зрение, обоняние и другие процессы, что позволяет предполагать, что подобная [узкая] специализация распространяется вплоть до уровня нейронов. С другой стороны, мозг — это невероятно мощный компьютер универсального назначения, который может реагировать самыми разными способами на огромное количество ситуаций, так что, можно предполагать, что его нейроны устроены так же универсально.

По словам Позани, проблема с ответом на этот вопрос заключалась в том, что ученые часто подходили к его решению с разных сторон — например, изучали разные виды животных или области мозга или ставили перед животными разные задачи. Это часто приводило к противоречивым результатам: в одних исследованиях одни нейроны были явно специализированными, а другие — нет.

Чтобы разрешить этот спор, исследователи разработали стратегию, при которой они наблюдали сразу за несколькими областями мозга у мышей, когда грызуны выполняли одни и те же действия. Для этого им пришлось проанализировать гораздо большие массивы данных, чем те, которые обычно изучаются: записи активности большого количества нейронов в 43 областях коры головного мозга мышей, собранные консорциумом Международной лаборатории мозга.

В первичных сенсорных областях, таких как участок мозга, отвечающий за зрение, нейроны вели себя особым образом. Однако в других областях нейроны генерировали гораздо более разнообразные реакции. Другими словами, если говорить о том, являются ли нейроны «специалистами» или «универсалами», то, согласно новым данным, верно второе.

«Мы не утверждаем, что специализированных нейронов не существует, — говорит Фузи. — Мы утверждаем, что они являются исключением. Это не всеобщее правило».

Ученые обнаружили, что на основе паттерна реакций нейрона на выполнение определенной задачи можно с удивительной точностью определить, к какому именно модулю мозга он относится. Однако эти нейроны всё равно в целом демонстрируют разнообразное поведение.

Кроме того, большинство нейронов не только универсальны, но и редко дублируют поведение друг друга. «Каждый по-своему универсален», — говорит соавтор исследования Шуци Ван, работающая над докторской диссертацией в Федеральной политехнической школе Лозанны в Швейцарии. "Это помогает обеспечить гибкость и вычислительную мощность мозга", - пояснила она.

Смысл возникает из совокупности. В целом, по мнению исследователей, многоцелевая природа большинства нейронов позволяет каждому из них кодировать информацию о множестве переменных, например о том, какого цвета фигура — красного или черного, круглая она или квадратная. В свою очередь, нейроны коллективно кодируют «многомерные» представления, которые одновременно сочетают в себе несколько различных переменных, например красный круг или черный квадрат.

Такие многомерные представления позволяют популяциям нейронов гибко реагировать на получаемые входные данные и генерировать выходные данный. «Эти многомерные представления можно использовать для решения множества различных задач», — говорит Фузи.

Ключевой вывод из этих результатов заключается в том, что, хотя каждый нейрон обычно кодирует множество переменных, по отдельному нейрону сложно определить, что представляет собой каждая из этих переменных. Переменные можно расшифровать, только изучая популяции нейронов, чтобы понять что делает мозг.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: