08:00 
Через долю секунды после того, как вы слышите шум, ваш мозг уже делает потенциально важный вывод: я сделал это или сделал что-то еще? Наша нервная система отвечает на этот вопрос, используя так называемый вторичный разряд, копию двигательной команды, которая сообщает сенсорным областям, чего ожидать от наших собственных действий.
Этот механизм лежит в основе нового исследования биологов Вашингтонского университета в Сент-Луисе, опубликованного в Современная биология.
"Следственный разряд обнаружен у каждого животного, в каждой системе, и это потому, что он решает универсальную проблему, а именно: как животные различают сенсорные сигналы, поступающие из внешнего мира, от сенсорных сигналов, вызванных их собственными действиями?" — сказал Брюс Карлсон, профессор биологии Университета искусств и наук Вашингтонского университета. «Это универсальная проблема, и наши сенсорные системы не могут ее решить сами по себе».
Такой тип нейробиологических исследований может помочь раскрыть механизмы, влияющие на сенсорную обработку и прогнозирование человека. Как только учёные поймут работу мозга изнутри и снаружи, они смогут лучше восстанавливать сломанные цепи.
Чтобы изучить внутреннюю работу следственных разрядов, Карлсон и его команда обратились к слабоэлектрическим рыбам. Эти животные генерируют короткие электрические импульсы, называемые разрядами электрических органов, чтобы общаться и ощущать свое окружение. Но эта форма общения представляет собой проблему. Каждый раз, когда рыба посылает импульс, она «слышит» и себя. Без какого-либо способа отфильтровать собственный импульс сенсорная система будет перегружена.
В этом и состоит роль сопутствующего разряда. Когда мозг рыбы посылает команду на создание электрического импульса, он также посылает прогнозирующий сигнал, чтобы нейтрализовать ожидаемый самогенерируемый входной сигнал. Таким образом, рыба остается чувствительной к внешним сигналам.
Но, как и все в природе, здесь ничего не фиксировано. Эти электрические импульсы широко варьируются от вида к виду в течение эволюции, а также у отдельных рыб. Гормоны, такие как тестостерон, могут колебаться в течение нескольких дней, удлиняя пульс, а сигналы могут становиться длиннее с возрастом животного. Таким образом, возникает вопрос: как система дополнительных разрядов успевает за этими временными изменениями?
В рамках нового исследования исследователи зарегистрировали электрическую активность в нескольких областях мозга, участвующих в выработке электрических сигналов, сравнивая рыб с короткими и длинными электрическими разрядами, в том числе рыб, обработанных гормонами, и различные виды.
Мартин Яржина, аспирант лаборатории Карлсона и первый автор новой статьи, записал электрическую активность на каждом этапе пути следственных разрядов у нескольких отдельных рыб. «Это извилистый путь от двигательной области к сенсорной», — объяснила Яржина. «Никогда раньше никто не делал записи из каждой области внутри отдельного животного. У нас никогда не было полной картины активности по всей цепи».
Измеряя, когда возникает нейронная активность относительно двигательных команд рыбы, они определили область мозга, где впервые появились временные сдвиги: небольшую популяцию нейронов, названную мезэнцефалическим командно-ассоциированным ядром (MCA). Неожиданно они обнаружили, что все три вида изменений, которые они изучали: гормональные, эволюционные и эволюционные, связаны с одним и тем же механизмом.
Другими словами, MCA работает как своего рода центральный узел синхронизации. Вместо того чтобы перекалибровывать несколько нервных путей независимо друг от друга, мозг может координировать изменения через единую структуру. Это особенно важно, поскольку MCA разветвляется на три пути: один посвящен коммуникативному поведению, один участвует в сенсорном поведении и один регулирует выработку электрических сигналов.
Эти данные позволяют предположить, что эволюция неоднократно опиралась на MCA вместо разработки совершенно новых механизмов. «Разработано общее решение, которое может поддерживать эти точные сенсорные прогнозы, так что новые решения не нужно изобретать заново», — сказала Яржина.
Хотя это исследование проводилось на электрических рыбах, потенциальные последствия выходят за рамки водного общения. Побочный разряд необходим для сенсорной обработки у многих животных, включая человека, однако лежащие в его основе схемы остаются плохо изученными.
"Мы знаем о побочном разряде уже давно, но знаем очень мало о механизмах, управляющих этим путем", - сказал Карлсон.
По его словам, эта новая работа подчеркивает более широкую ценность изучения животных с необычными сенсорными способностями: "Изучение животных с уникальным поведением может дать ответы на общие вопросы в нейробиологии. Что бы это ни было, Уникальность их поведения может сделать их подходящими для того, чтобы задавать определенные вопросы, которые вы не могли бы задать в другой системе».
Заглядывая в будущее, исследователи из лаборатории Карлсона планируют изучить, что меняется на клеточном и молекулярном уровнях в нейронах MCA.
