Нейробиологи из Киото и Гарварда: шум в зрительной коре мышей лишь замедляет рост информации

Нейробиологи из Киотского и Гарвардского университетов и их коллеги выяснили, почему мозг способен обрабатывать большие объёмы данных без сбоев, сообщает Day.Az. По данным авторов, нейронный «шум» — случайные колебания в работе клеток — не мешает мозгу воспринимать всё больше информации, а лишь немного замедляет этот процесс day.azDay.Aznews.day.azОткрыть источник ↗. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Записи активности зрительной коры мышей

Работа выполнена на первичной зрительной коре мышей. Учёные проанализировали активность от 18 до 21 тысячи нейронов у пяти грызунов, которым показывали визуальные стимулы с едва заметными отличиями. Исследователи измеряли, как группы клеток разного размера реагируют на эти изменения. По сообщению авторов, даже когда сигналы множества нейронов колеблются синхронно и создают помехи, мозг продолжает извлекать новые сведения об окружающем мире, не теряя эффективности.

Чтобы понять механизм, специалисты многократно случайным образом выбирали группы нейронов и разделяли их шум на отдельные паттерны активности. Так были найдены два математических закона масштабирования, которые действуют независимо от размера популяции клеток.

Два закона масштабирования и 30-летнее ожидание

Один закон описывает силу помех, другой — то, как каждый паттерн шума сочетается с полезным сигналом day.azDay.Aznews.day.azОткрыть источник ↗. Эти закономерности позволили исследователям спрогнозировать рост объёма данных даже для групп нейронов, которые не наблюдались напрямую.

«30 лет все ожидали, что общие колебания нейронной активности неизбежно приведут к насыщению и ограничат объём передаваемой информации, — отметил ведущий автор исследования Хидеаки Симазаки. — Однако наши результаты убедительно показывают, что этот предел не обязателен».

Одиночный нейрон работает нестабильно: его реакция на одну и ту же картинку меняется от раза к разу. Чтобы компенсировать это, мозг использует популяционное кодирование — передаёт один и тот же сигнал через тысячи клеток. Долгое время считалось, что синхронный шум ставит жёсткий предел для этой стратегии. По итогам работы, мозг распределяет полезный сигнал по менее зашумлённым участкам нервной ткани. Результат развивает общую теорию масштабирования информации.