Математика помогла российским ученым изучить работу ритмов мозга

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».

Поделиться с друзьями
ASTERA