Хотя во многих исследованиях изучались основы двигательной системы млекопитающих (т.е. совокупность нейронных сетей, которые позволяют млекопитающим двигаться определенным образом), некоторые вопросы остаются без ответа. Один из этих вопросов касается способов поддержания повторяющегося или стабильного поведения в мозге.

Некоторые теории и результаты исследований предполагают, что нейронная активность, лежащая в основе стабильного поведения, сама по себе очень стабильна. Другие, однако, намекали на возможность того, что активность отдельных двигательных нейронов может значительно изменяться с течением времени, несмотря на выработку сходных поведенческих паттернов.

Исследователи из Гарвардского университета недавно попытались приблизиться к разрешению этого давнего спора, наблюдая за поведением и нервной активностью грызунов. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Neuroscience, предполагают, что активность отдельных нейронов в областях мозга, связанных с движением и физическими поведенческими паттернами, очень стабильна с течением времени.

"Стабильность на уровне отдельных нейронов не требуется в такой сильно дегенеративной системе, как мозг, где множество различных паттернов активности могут давать один и тот же результат", - сказал MedicalXpress Бенс П. Олвецки, один из исследователей, проводивших исследование. "Широко распространено представление о том, что нейронные представления о поведении дрейфуют в выходных инвариантных подпространствах. Но так ли это, или мозг нашел способ стабилизировать активность на уровне отдельных нейронов?"

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи должны были записывать мозговую активность своих грызунов в течение длительных периодов времени, когда они демонстрировали очень стабильное поведение. Лаборатория Олвецки регулярно тренирует крыс производить сложные "танцы" или поведенческие паттерны, которые после усвоения становятся очень стабильными. Поэтому команда просто записывала активность отдельных моторных нейронов в течение длительных периодов времени, когда крысы выполняли это стабильное поведение.

"Мы разработали систему, которая позволяет нам записывать данные с одних и тех же нейронов непрерывно в течение нескольких недель", - объяснил Ольвецки. "Чтобы устранить любой источник изменчивости, который мог бы помешать нашим экспериментам, наши животные в течение нескольких недель вели себя одинаково в одно и то же время суток в одном и том же боксе при одних и тех же условиях. Результаты были поразительными: паттерны нейронной активности отдельных нейронов были сверхстабильными в течение нескольких недель записей, отражая стабильность самого поведения ".

Чтобы их выводы были надежными, Ольвецки и его коллеги должны были изучить очень стабильное и стереотипное поведение, состоящее из определенных моделей движений, которые можно измерить с большой точностью. Таким образом, они научили крыс выполнять простое задание, в котором они были вознаграждены за нажатие рычага в точной по времени последовательности.

Со временем их крысы научились сложным и своеобразным моделям движений, которые в конечном итоге позволили им решить задачу и получить награду за воду. Эти паттерны можно сравнить со стабильными двигательными паттернами, которым люди могут научиться на протяжении всей своей жизни, например, при подаче в теннис или волейбол.

"Мы обнаружили, что паттерны, усвоенные нашими крысами, становились очень стабильными в течение нескольких месяцев, и мы регистрировали активность одних и тех же клеток в течение нескольких недель в строго регламентированных условиях, как объяснялось выше", - сказал Ольвецки. "Мы также использовали врожденное поведение, тряску мокрой собаки, которое сильно стереотипизировано и имеет структуру, которую мы можем точно измерить. Я думаю, что наше исследование решает важный вопрос о том, как поддерживается стабильное поведение и воспоминания".

В целом, недавняя работа Ольвецки и его коллег предполагает, что мозг поддерживает стабильное и последовательное поведение, "замораживая" паттерны активности отдельных нейронов. Это согласуется с отличной идеей, предложенной предыдущей работой, о том, что нейронная активность может дрейфовать до тех пор, пока ее проекции на соответствующие блоки управления (так называемые "выходные блоки") стабильны.

"В то время как наша работа устанавливает феномен стабильности одного нейрона в стабильном поведении, как такие паттерны активности поддерживаются в цепях, которые постоянно перестраиваются под воздействием нового опыта и других процессов, остается загадкой", - добавил Ольвецки. "Обеспечение такой стабильности, вероятно, требует активного процесса, который мы хотели бы понять. Мы также хотели бы, чтобы животным, которые поддерживают стабильное поведение, было предложено изучить другие подобные модели поведения, используя те же нейронные цепи, а затем исследовать, приводит ли такая "многозадачность" к нестабильности и вмешательству в поведение".