Исследование показало, что мозг млекопитающих и птиц имеет общую кортикосенсорную микросхему

Каноническая корковая микросхема мозга млекопитающих управляет потоком информации между слоями мозга и порождает сложные формы поведения. Исследователи из Колумбийского университета предположили, что эта микросхема также существует в птичьем мозге, несмотря на то, что физиология птичьего мозга не характеризуется такой же многоуровневой архитектурой, как мозг млекопитающих. Они опубликовали свои результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences в статье под названием "Принципы кодирования канонической корковой микросхемы головного мозга птиц."

Когнитивные способности птиц подтверждены многочисленными экспериментами. Корвиды, такие как вороны, грачи и сойки, демонстрируют множество сложных форм поведения, аналогичных поведению млекопитающих, в том числе:

  • Ссылочная жестикуляция
  • Причинное рассуждение
  • Зеркало самопознания
  • Планирование будущих потребностей на основе недавнего опыта
  • Тем не менее, анатомическая структура мозга птиц значительно отличается от мозга млекопитающих. В то время как мозг млекопитающих имеет ламинарную или многослойную структуру, птичий паллий вместо этого состоит из взаимосвязанных ядер с полосами нейронов, которые содержат области обработки.

    Сравнительное неврологическое исследование

    Чтобы сравнить функции этих различных птичьих структур с функциями млекопитающих, исследователи записали активность слуховых нейронов в головном мозге шести неанестезированных самцов зебра-зябликов. Они вызвали нервные реакции у птиц, представив 10 различных образцов песен зябликов, записав нервные реакции в слуховой коре и в хвостовом нидопаллии, вторичной слуховой области коры. Каждый из 10 образцов был представлен от 30 до 40 раз в псевдослучайном порядке.

    Исследователи зафиксировали всплески нейронной активности в ответ на звуковые образцы:

  • Все зарегистрированные единичные единицы были классифицированы как предполагаемые интернейроны или предполагаемые основные клетки на основе ширины потенциала действия.
  • Редкость отдельных ячеек рассчитывалась как вызванная звуком скорость срабатывания отдельных ячеек.
  • Редкость популяции рассчитывалась как доля клеток, которые не сработали в ответ на стимул.
  • Селективность рассчитывалась как доля различных стимулов, которые не вызывали значительного ответа от данного нейрона.
  • Исследователи также изучили такие характеристики, как поля спектрально-временной задержки, задержка ответа для каждого нейрона, а также разделимость и линейность рецептивного поля. Анализ результатов показывает, что различия в кодировании популяций в областях мозга, классах нейронов и на пространственных расстояниях в головном мозге птиц существенны "поразительно похожи на те, что в неокортексе."

    Известно, что неокортекс млекопитающих состоит из двух основных классов нейронов: возбуждающих основных клеток (ПК) и тормозных интернейронов (ИН). ПК срабатывают с широким потенциалом действия на низких скоростях; ИН активируют узкие потенциалы действия с более высокими скоростями. Чтобы определить, была ли слуховая кора птиц упорядочена таким же образом, исследователи использовали кластерный анализ, основанный на форме потенциала действия, и обнаружили, что оба класса нейронов присутствуют в головном мозге птиц.

    Характеризуя активность в определенных сенсорных областях, исследователи определили, что шесть дискретных областей мозга в птичьем мозгу соответствуют определенным кортикальным слоям в головном мозге млекопитающих. Как и в сенсорной коре головного мозга млекопитающих, таламические проекции на первичную слуховую соматосенсорную кору головного мозга птиц заканчиваются в основном в промежуточной области и редко – в глубокой области. Используя многоэлектродные матрицы, они дополнительно определили, что иерархическая обработка является главной особенностью слуховой микросхемы птиц, отображающей те же действия по обработке информации, которые наблюдаются в моделях млекопитающих на животных.

    Авторы резюмируют свои выводы с тремя выводами:

  • Как и в коре головного мозга млекопитающих, смежные и связанные области слуховой коры птиц образуют иерархию обработки информации.
  • Те же два класса нейронов обнаруживаются как в коре головного мозга млекопитающих, так и у птиц.
  • Нейроны в неокортексе и в коре головного мозга птиц демонстрируют сравнимые одноклеточные и популяционные стратегии кодирования по регионам / слоям, между типами нейронов и на анатомических расстояниях.
  • Чтобы объяснить свои результаты, они ссылаются на гипотезу гомологии эволюции мозга. Это говорит о том, что каноническая кортикальная микросхема возникла у общего предка как млекопитающих, так и птиц, и ее функции сохранялись даже при расхождении в архитектуре типов мозга. "Если так," они пишут, "затем микросхема эволюционировала в стволовых амниотах и ​​предшествовала кортикальному расслоению, по крайней мере, на 100 миллионов лет."

    В качестве альтернативы они предполагают, что эволюция паллиума птиц и млекопитающих сошлась на той же организации нейронных цепей, что и простейшая архитектура для соматосенсорной обработки. Они пишут, "Независимо от этих альтернатив, это исследование обеспечивает физиологическое объяснение эволюции нервных процессов, которые приводят к сложному поведению в отсутствие ламинации."

    Оставьте комментарий