У нейронов есть два основных способа, которыми они могут сигнализировать друг другу: изменяя время или частоту срабатывания. В этом исследовании Сигэёси Фудзисава и его коллеги изучали, как эти два параметра менялись, когда крысы выполняли задачу по принятию решений на основе определенных комбинаций запахов и звуков. Использование непространственных стимулов, представленных в последовательности, имело решающее значение для демонстрации того, что клетки гиппокампа также представляют события, а не только места. Исследование было опубликовано в журнале Neuron 8 июня.
Исследовательская группа записала комбинированную активность большого количества нейронов в центральной области гиппокампа CA1, в то время как крысы выбирали различные комбинации звука и запаха, чтобы получить водную награду. Многие клетки проявляли повышенную активность в ответ на один или оба стимула — часто с сильным предпочтением одного запаха или звука по сравнению с другим — и сохраняли эту активацию в течение фазы « принятия решения », указывая на то, что входные данные интегрируются мозгом. и сохраняются в определенном порядке, чтобы облегчить последующий выбор.Известно, что гиппокамп имеет «частоту обновления» около 8 Гц — тета-цикл — который определяет, как часто нейроны обновляют свою активность, явление, называемое прецессией фазы тета-цикла.
Исследователи были особенно заинтересованы в том, как эта циклическая организация информации модифицируется входными данными, например, запах запаха, за которым следует звуковое событие, за которым следует решение. Среди нейронов, которые реагировали на запахи, прецессия тета-фазы происходила только для «предпочтительных» запахов, за которой следовала привязка их активности к тета-циклу. Это произошло примерно для 90% чувствительных к запаху клеток и верно для столь же высокой доли чувствительных к выбору клеток.В более глобальном масштабе сборки нейронов гиппокампа также могут образовывать тета-последовательности, скоординированные последовательные паттерны активации, представляющие прошлые, настоящие и будущие местоположения во время навигации животных.
Авторы исследовали, были ли тета-последовательности также сформированы с помощью этой задачи комбинации сигналов. Такие последовательности действительно присутствовали, и можно было «расшифровать», представляют ли нейронные всплески на разных фазах тета-цикла входные данные в реальном времени — моменты, когда произошло событие запаха или звука — или будущие периоды — решение — момент создания. «Спайки, привязанные к разным фазам цикла, могут даже сказать нам, сделала ли крыса правильный, вознагражденный выбор или выбрала неправильную комбинацию сигналов», — сказал Фудзисава.Наконец, условия эксперимента изменились на противоположные: ранее полезная комбинация звука и запаха стала неправильной, и наоборот.
Крысы усвоили новую взаимосвязь через несколько дней, и активность их клеток мозга также адаптировалась, демонстрируя фазовую прецессию и синхронизацию, наблюдаемые до переключения. «Эта нейронная реорганизация отражает последовательность событий, и ее можно гибко переназначить», — прокомментировал Фудзисава. «Клетки, которые кодируют определенные сигналы, комбинации или варианты выбора, могут вместе представлять всю последовательность событий, когда они становятся временно организованными с тета-фазой гиппокампа». Исследователи предполагают, что функция гиппокампа состоит в организации сетей реляционных элементов, будь то места или события, в качестве механизма, лежащего в основе как эпизодической, так и пространственной памяти.