1.5.24. Нейробиология

Актуальность. Распознавание лиц и припоминание имени по лицу являются важными аспектами межличностного общения. Методы вызванных потенциалов и локализации источников предоставляют возможности для исследования пространственно-временных характеристик мозговой активности в этой области. Однако в современных когнитивных моделях распознавания лиц локализация источников компонента N400, связанного с узлами персональной идентичности (PINs) в семантической информации, остается недостаточно изученной.

Цель. В настоящем исследовании ставилась цель выявить различия мозговой активности при распознавании давно знакомых лиц знаменитостей и недавно изученных лиц, в частности, проверить, вызывает ли лицо с большим объемом семантической информации компонент N400 с отличающейся амплитудой и латентностью, а также определить локализацию источников этих различий.

Выборка. В исследовании приняли участие 66 студентов вузов, правши, средний возраст — 21,83 года (SD = 3,57); 33 женщины (17 из Китая и 16 из России) и 33 мужчины (18 из Китая и 15 из России).

Методы. Исследование проводилось с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), применялись методы вызванных потенциалов и локализации источников. Для обработки и анализа собранных данных ЭЭГ был применен метод локализации мозговой активности — «Виртуально вживленный электрод», разработанный А.В. Вартановым (патент РФ № 2785268).

Результаты. Использование метода локализации показало, что компонент N400 значимо различается при припоминании имён давно знакомых лиц знаменитостей (OLD) и недавно выученных лиц (LRN) в медиальном бледном шаре, таламусе, левом гиппокампе, вентральном стриатуме и правых областях VO1 и VO2, при этом OLD-лица вызывают большую амплитуду N400. Различия по латентности наблюдаются в диапазоне 300–480 мс. Анализ ориентированного графа связности показал, что обе категории лиц активируют сходные нейронные сети, при этом VO1 R, VO1 L и VO2 L демонстрируют сильную активацию, а вентральный стриатум, левый медиальный бледный шар и левый таламус вносят вклад в активацию правого медиального бледного шара с высокими коэффициентами корреляции (r > 0,93).

Выводы. Настоящее исследование показывает, что припоминание имени по лицу вовлекает широкую нейронную сеть, охватывающую корковые и подкорковые структуры. Различия в N400 между давно знакомыми и недавно запомненными лицами, вероятно, отражают информацию, содержащуюся в узлах персональной идентичности (PINs). Ключевыми компонентами этой сети являются медиальный бледный шар, таламус, левый гиппокамп, вентральный стриатум и области VO1 и VO2 в правом полушарии.

Соотношение процессов возбуждения и торможения является ключевой функциональной характеристикой корковых систем, которое изменяется на протяжении всей жизни человека. Подростковый возраст считается критическим периодом для созревания этого соотношения. Однако в основном это было показанов исследованиях на животных. В то же время, данные in vivo у людей, подтверждающие созревание соотношения возбуждения-торможения на индивидуальном уровне, остаются ограниченными. В настоящем исследовании мы разработали индивидуализированный маркер in vivo регионального соотношения возбуждения-торможения у подростков, оцениваемый с помощью крупномасштабных симуляций биофизических сетевых моделей, подобранных по данным функциональной визуализации в состоянии покоя из срезовых (n = 752) и лонгитюдных (n = 149) когорт. В обоих наборах данных мы обнаружили повсеместное снижение соотношения возбуждения-торможения в ассоциативных областях, сопровождающееся увеличением или отсутствием изменений в сенсомоторных областях. Эта закономерность развития соответствовала многомасштабным маркерам дифференциации сенсомоторных и ассоциативных областей. Хотя наши основные результаты были устойчивы при различных конфигурациях модели, мы наблюдали локальные вариации, что подчеркивает важность выбора адекватной методологии для будущих исследований.

Недавно приобретенные воспоминания реактивируются в гиппокампе во время сна, что является начальным этапом их консолидации. Этот процесс происходит одновременно с реактивацией гиппокампом предыдущих воспоминаний, что ставит вопрос о том, как предотвратить интерференцию между более старыми и недавними, изначально лабильными, следами памяти. Теоретические исследования позволили предположить, что консолидация разнообразных воспоминаний с минимальной интерференцией может быть достигнута путем случайного чередования их реактивации. В качестве альтернативы можно предположить, что временная микроструктура сна может способствовать реактивации различных типов воспоминаний в определенных фазах. Для проверки этих двух гипотез мы разработали метод одновременной регистрации больших ансамблей в гиппокампе и мониторинга динамики сна с помощью пупиллометрии у мышей, находящихся в естественном сне. Колебания размера зрачка позволили выявить ранее неизвестную микроструктуру процессов памяти, связанных с медленным сном. Мы обнаружили, что воспроизведение воспоминаний о недавнем опыте преобладало в в комплексах «острая волна — рябь» во время периодов non-REM-сна, характеризующихся сужением зрачка, тогда как воспроизведение предыдущих воспоминаний преимущественно происходило в периоды, характеризующихся его расширением. Селективное нарушение комплекса «острая волна — рябь» в период медленного сна, характеризующийся сужением зрачков, ухудшало воспроизведение недавних воспоминаний, тогда как та же манипуляция в период, характеризующийся расширением зрачков, не оказывала поведенческого эффекта. Для периода сужения зрачков были характерны более сильные внешние возбуждающие воздействия, тогда как в период расширения зрачков - более выражено локальное торможение. Таким образом, микроструктура non-REM-сна организует воспроизведение в памяти, при этом более ранние и новые воспоминания разделены во времени на разные периоды и поддерживаются локальными и управляемыми извне механизмами соответственно. Наши результаты показывают, что мозг может мультиплексировать различные когнитивные процессы во время сна, что способствует непрерывному обучению без интерференции.

Введение. Изучение межполушарной асимметрии при пробуждении из разных фаз сна остается актуальным в настоящее время. Новизна нашего исследования заключается в выявлении связанности одновременно функционирующих корково-подкорковых систем мозга. Цель проведенного исследования – выявление межполушарной асимметрии при пробуждении из 2 стадии дневного сна по показателям амплитудно-амплитудных связей ритмов ЭЭГ. Рассматривалось когнитивное пробуждение с разной эффективностью выполнения задания на модели психомоторного теста. Методы. Одновременно с выполнением задания регистрировали многоканальную ЭЭГ. ЭЭГ оценивали на основе «материнского» комплексного Morlet-вейвлета. Мерой амплитудно-амплитудного взаимодействия ритмов ЭЭГ служил коэффициент корреляции Кендалла. Результаты. Отмечена большая площадь распространения асимметричных процессов в левом полушарии при полном восстановлении задания (по сравнению с неполным) на самом близком отрезке к началу нажатий. Пробуждение, сопровождающееся полным восстановлением деятельности, характеризовалось на временно́м отрезке 8–5 с преобладанием связей дельта-ритма в обоих полушариях, на отрезке 4–1 с стали преобладать связи тета-ритма, а также гамма-ритма. При неполном восстановлении деятельности отмечено увеличение числа связей дельта-ритма на отрезке 4–1 с по сравнению с отрезком 8-5 с. Обсуждение результатов. Когнитивное пробуждение, сопровождающееся разной эффективностью выполнения задания, характеризуется наличием межполушарной асимметрии по показателю связей ритмов ЭЭГ. Асимметрия формируется как за счет различного расположения связей по коре больших полушарий, так и набора связей. В двух экспериментальных ситуациях выявлено различное взаимодействие ритмов ЭЭГ, а следовательно, в ряде областей неодинаковое взаимодействие таламо-кортикальной и кортико-гиппокампальной систем.