Песах Бенсон • 29 вересня 2026 року
Jerusalem, 29 вересня 2026 року (TPS-IL) — Команда ізраїльських та німецьких вчених виявила, як мозок допомагає маленьким сенсорним нейронам долати фізичне обмеження, яке, здавалося б, ускладнює їхню здатність обробляти швидкі сигнали.
Дослідження, проведене під керівництвом науковців з Jerusalem Єврейського університету та Інститутів Макса Планка в Німеччині, показало, що ці нейрони пов'язані з незвично повільною фоновою електричною активністю. Така комбінація дозволяє групам нейронів з високою точністю виявляти надзвичайно слабкі сенсорні сигнали.
Jerusalem Єврейський університет 16 серпня 2021 року. Фото: Гюннер Віталій Ботман/TPS-IL
Результати, опубліковані у рецензованому журналі PLOS Biology, свідчать про те, що постійна фонова активність мозку є не просто шумом, який сенсорні сигнали мають долати. У деяких нейронних мережах ця активність може бути налаштована для компенсації фізичних обмежень окремих нейронів.
Дослідники вивчали нейрони в соматосенсорній корі, ділянці мозку, що відповідає за обробку таких відчуттів, як дотик. Деякі з цих нейронів мають відносно короткі дендрити — структури, схожі на гілки, які отримують сигнали від інших клітин. Така фізична структура обмежує їхню здатність кодувати швидкозмінні сигнали.
Вчені виявили, що фонова активність цих маленьких нейронів коливалася повільніше, ніж у більших нейронів. Згідно з дослідженням, повільніші коливання можуть компенсувати обмежену здатність нейронів обробляти швидкі зміни.
«Ми виявили, що мозок ретельно балансує кілька різних характеристик нейронів, щоб вони могли надзвичайно швидко реагувати на сенсорний вхід», — зазначили дослідники. «Навіть дуже слабкі сигнали можуть бути виявлені та передані з точністю до мілісекунди».
Комп'ютерне моделювання підтвердило експериментальні дані. Дослідники встановили, що кількість нейронів у мережі, фізичний розмір їхніх дендритів та час фонової активності тісно узгоджені.
Як нейрони компенсують
Разом ці особливості дозволяють великим групам нейронів посилювати слабкі вхідні сигнали. Вчені виявили, що популяція нейронів може надійно представляти надзвичайно слабкий сенсорний вхід, включаючи один сигнал, що надходить від таламуса — структури мозку, яка передає сенсорну інформацію до кори.
Дослідження також виявило роль калієвих каналів — мікроскопічних структур, що регулюють електричну активність у нейронах. На ці канали впливають хімічні сигнали, пов'язані зі станами мозку, такими як увага та пильність, що свідчить про можливість зміни здатності мозку обробляти сенсорну інформацію залежно від його стану.
«Це дослідження допомагає пояснити, як мозок залишається одночасно чутливим та ефективним», — заявили автори. «Мозок постійно активний, але при цьому він може майже миттєво вловлювати найслабші сенсорні події».
Дослідження очолювали доктор Омер Рева та професор Майкл Дж. Гатнік з Єврейського університету, разом із професором Фредом Вольфом та доктором Андреасом Нефом з Інститутів Макса Планка.
Отримані результати не вказують на негайне медичне лікування, але вони надають нову основу для вивчення того, як мозок підтримує точну сенсорну обробку в різних станах. Цей механізм згодом може допомогти дослідникам вивчати розлади, пов'язані з порушенням сенсорної обробки та аномальною збудливістю мозку, а також інформувати розробку обчислювальних або нейронних технологій, які потребують виявлення слабких сигналів у шумному середовищі.
