Новое исследование под руководством профессора Йорама Бурака из Центра наук о мозге имени Эдмонда и Лили Сафра и Института физики имени Рака при Еврейском университете в Иерусалиме представляет единую математическую структуру для объяснения того, как «клетки места» в гиппокампе кодируют пространственную информацию у разных видов и сред.
Исследование опубликовано в журнале Neuron .
Клетки места — это специализированные нейроны в гиппокампе, которые помогают животным ориентироваться, создавая паттерны активации, которые кодируют местоположение в окружающей среде животных. Традиционно считалось, что эти клетки активируются в отдельных, компактных областях пространства со стереотипной симметричной формой. Однако недавние исследования показали, что в более крупных средах эти клетки демонстрируют гораздо более сложные и нерегулярные модели активности, активизируясь в разных местах и имея разную форму и размер.
Команда профессора Бурака обнаружила, что удивительно простая, но мощная математическая модель объясняет нерегулярные паттерны активации нейронов места в больших средах. Модель основана на концепции «гауссовых процессов», класса случайных функций, которые играют важную роль в разнообразных природных явлениях от космологии до океанографии.
В этой модели области активации клеток места возникают путем маркировки областей пространства, в которых случайный гауссовский процесс пересекает определенный порог. Используя эту простую модель, исследователи показали, что активность клеток места у летучих мышей и грызунов в одномерном, двухмерном и трехмерном пространствах следует универсальным принципам.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что эти закономерности возникают в результате поступления в гиппокамп в значительной степени случайных данных, что ставит под сомнение идею о том, что мозг полагается на точную организацию своей пространственной карты.
«Наши результаты показывают, что синаптическую организацию входных сигналов нейронов CA1 в гиппокампе определяет случайность, а не определенный дизайн», — объясняет Нишал Майнали, студент Еврейского университета и один из авторов исследования. Эта перспектива бросает вызов устоявшимся предположениям о структуре нейронных цепей и открывает новые возможности для понимания пространственного познания.
Модель также делает точные проверяемые прогнозы относительно расположения полей активации нейронов места и их геометрии, которые были проверены путем повторного изучения записей активности нейронов места, собранных в предыдущих экспериментах у летучих мышей, мышей и крыс, которые перемещались в различных средах.
Эти открытия не только проливают свет на нейронные механизмы пространственной навигации, но и создают основу для изучения того, как мозг кодирует информацию.
Профессор Бурак объясняет: «Казалось бы, случайные паттерны активации нейронов места в больших средах формируют «кодовые слова», которые уникальным образом назначаются различным позициям в пространстве. Мы считаем, что мозг настраивает статистику этих случайных кодовых слов, чтобы создать очень эффективное представление позиций в больших средах».
Дополнительная информация: Нишал Майнали и др., Универсальная статистика полей места гиппокампа по видам и размерностям, Neuron (2025). DOI: 10.1016/j.neuron.2025.01.017 . www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(25)00043-1Информация журнала: Нейрон
Предоставлено Еврейским университетом в Иерусалиме
Исследуйте дальше — Клетки сетки создают «карту сокровищ» в мозге крысы