Post #1004

Мозг и его скорости #neuroscience Публикация: Senkowski, D., & Engel, A. K. (2024). Multi-timescale neural dynamics for multisensory integration. Nature Reviews Neuroscience, 1-18. Наш мозг обрабатывает информацию, поступающую от разных органов чувств. Эта обработка не осуществляется изолированно: например, мы лучше понимаем речь (слуховая модальность), если наблюдаем за движением губ собеседника (зрительная модальность), и т. д. Объединение процессов такой обработки называется мультисенсорной интеграцией. Недавно в “Nature Reviews Neuroscience” появилась статья про её нейрональные механизмы. Важной особенностью этого процесса является то, что он осуществляется на разных временных масштабах. Упрощённо: базовая сенсорная обработка происходит на небольших временных масштабах, а высокоуровневые процессы — на более длительных. Что определяет эти временные масштабы? Синхронная активность нейронов в разных частотных диапазонах — ритмы мозга или осцилляции. Они задействуются в следующих сценариях. ✨Модуляция амплитуды. Мультисенсорная интеграция сопровождается изменениями в мощности ритмов. Например, была установлена связь быстрой обработки мультисенсорных стимулов с мощностью гамма-ритма, а более сложных процессов (например, аудиовизуальной обработки речи) — с низкими частотами. Впрочем, это не означает, что иерархия мультисенсорной обработки линейно опирается на частоту таким образом, что высокие частоты связаны исключительно с простейшей сенсорной обработкой. Важно обращать внимание на то, какие области мозга генерируют эти ритмы: например, мультисенсорная интеграция может модулировать высокочастотные ритмы не только в сенсорных областях, но и в ассоциативных. ✨Фазовый сброс (Phase resetting). Предъявление стимула в одной модальности может “обнулить” фазу осцилляций, отвечающих за процессы уже в другой модальности. Например, предъявление тактильного стимула обезьяне может приводить к сбросу фазы осцилляций в широком диапазоне частот (от 1 до 100 Гц) в слуховой коре, причем меньше чем через 100 мс после предъявления стимула. Этот механизм упреждающе может облегчать дальнейшую интеграцию предъявленного стимула в обработку уже другими системами. ✨Ритмическая привязка (Entrainment). Стимуляция одной сенсорной системы на заданной частоте может индуцировать соответствующие осцилляции в другой системе. В частности, если предъявлять звуковые стимулы с частотой 3 Гц, можно наблюдать осцилляторную активность на этой же частоте в зрительной коре. А при предъявлении двух конкурирующих звуковых потоков целевые звуковые стимулы распознаются легче, если предъявлять зрительные стимулы, не относящиеся к задаче, но по временной динамике соотносимые с целевыми звуками. ✨Функциональная связность. (Functional coupling). Осцилляции из функционально различных областей могут синхронизоваться на уровне фаз или огибающих. Например, синхронизация бета-ритма между височными и лобно-теменными областями наблюдается при эффекте Мак-Гурка (если вы не знакомы с этим эффектом, можете пройти по ссылке и мультисенсорно забыться). Важно также, что связность может устанавливаться и между разными ритмами: например, медленные осцилляции могут модулировать высокие. Указанные выше механизмы касаются обработки уже предъявленного стимула. Но важно не забывать и про спонтанную активность незадолго до предъявления стимула. В частности, повышенная мощность спонтанного бета-ритма может предсказывать степень выраженности иллюзии Мак-Гурка, т. е. и предрасположенность к мультисенсорной интеграции в целом. Также следует отметить, что в мозге имеют место процессы, не привязанные к временному масштабу (scale-free dynamics). Они не задействуют фиксированные частоты и не регулярны. Эту динамику связывают с состоянием критичности, в котором физическая система (мозг) наиболее подвержена изменениям во внешней среде. Соответственно, эти процессы могут влиять на то, с какой лёгкостью происходят ранее описанные фазовые сбросы или ритмические привязки, а также гибкость мультисенсорной интеграции в целом. Но это требует отдельных исследований.