Математический метод, который позволит более глубоко изучить взаимодействие ритмов коры головного мозга, предложили ученые из Саратовского университета. Этот подход может стать важным инструментом в исследовании различий в ритмах мозга в разные фазы сна, как в норме, так и при патологических состояниях. Результаты работы были опубликованы в журнале EPJ — Special Topics.
Ритмы коры головного мозга были открыты более 100 лет назад, но до сих пор остаются загадкой в научном сообществе. Ученые не знают точно, какие биофизические механизмы запускают эти ритмы и какую роль они играют в работе мозга. Один из авторов исследования, ассистент кафедры физики открытых систем Саратовского университета Герман Гуйо, отметил, что в последние десятилетия ученые пришли к выводу, что ритмы мозга связаны с вниманием, восприятием, обучением, памятью и моторным поведением.
Разные ритмы мозга, такие как альфа-, бета-, гамма- и дельта-волны, проявляются в различных состояниях мозга:
- Альфа-волны характерны для состояний покоя и расслабления, а также блокируются при сосредоточении внимания.
- Бета-волны возникают в период активного бодрствования и интенсивной умственной активности.
- Гамма-волны связаны с концентрацией внимания и когнитивной деятельностью.
- Дельта- и тета-волны играют важную роль в разных стадиях сна.
В то время как ритмы мозга традиционно изучались по отдельности, ученые начали уделять внимание их взаимодействию. Была предложена концепция сетевых взаимодействий, согласно которой физиологические состояния нельзя полностью описать, анализируя каждый ритм в отдельности. Вместо этого необходимо учитывать координацию между различными ритмами, поскольку они представляют собой сложную сеть, которая играет ключевую роль в функционировании мозга.
Исследование, проведенное учеными из СГУ, подтвердило концепцию сетевых взаимодействий и предложило новый метод анализа экспериментальных данных. В рамках работы ученые использовали сигналы электрокортикограмм (ЭКГ) мышей до и после депривации сна (лишение сна на один день). Это позволило исследовать координацию между ритмами коры головного мозга с помощью анализа их корреляций.
По словам Гуйо, исследование не только помогает разобраться в структуре взаимодействий между различными отделами мозга, но и служит важным шагом к пониманию того, как мозг работает как целостная система. В теории, каждый отдел мозга может отвечать за конкретную задачу — например, затылочная доля управляет зрением, а височная — речью. Однако существует и гипотеза, что разные участки мозга взаимодействуют и работают как распределенные нейросети, каждая из которых отвечает за выполнение определенной функции.
Полученные результаты могут быть полезны в разработке методов диагностики нарушений сна и заболеваний, связанных с нарушениями нейросетевых взаимодействий. В дальнейшем ученые планируют усовершенствовать методы анализа взаимодействий ритмов мозга, а также изучить их особенности в контексте различных физиологических состояний и патологий.
Это исследование было выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и стало частью стратегических проектов Саратовского университета в рамках федеральной программы «Приоритет-2030».