вважалося

Мультидисциплінарна група дослідників з Інституту нейронаук Аліканте, спільного центру Вищої ради з наукових досліджень (CSIC) та Університету Мігеля Ернандеса, Інституту міждисциплінарної фізики та складних систем CSIC та Університету Балеарських наук Острови, Інститут Кахаль з CSIC та Університет Ла Лагуни зуміли визначити, що тета-ритм гіпокампа складається з трьох основних генераторів, і продемонструвати, використовуючи оптогенетичні інструменти, що ці генератори є незалежними, що їх синхронність змінюється залежно від різної поведінки та того, що конкретні смуги швидких гамма-хвиль контролюють повільне тета-коливання на основі когнітивних потреб. Робота, проведена шляхом аналізу позаклітинних потенціалів, зафіксованих у щурів, які вільно досліджують відоме або нове середовище, публікується в журналі eLife.

Діяльність в гіпокампі організована в послідовності повільних хвиль, які називаються тетами, керованими процесами внутрішньої пам'яті та зовнішніми сенсорними сигналами, але мало відомо про те, як ці процеси координуються. Хоча активність тета-хвиль вважається єдиним когерентним коливанням, насправді це результат складних взаємодій між різними зонами гіпокампу, що їх генерують.

Висновок, зроблений міждисциплінарною групою дослідників з Інституту нейронаук (UMH-CSIC), Інституту міждисциплінарної фізики та складних систем (UIB-CSIC), Інституту Кахаля (CSIC) та Університету Ла-Лагуни, видається опублікованим в журналі eLife та пропонує нові механізми, які можуть мати вирішальне значення для розуміння таких патологій, як хвороба Альцгеймера, шизофренія та інші психічні розлади

Високо синхронізовані тета-ритми переважно виникають під час виконання завдань, які вимагають координації між поданнями з внутрішньої пам'яті та сенсорною інформацією ззовні. Крім того, дослідники виявили, що швидкі гамма-коливання в конкретних смугах частот пов'язані з генераторами тета, головним чином, коли вони синхронізовані.

Робота, проведена цією мультидисциплінарною командою, змусила дослідників висловити думку про існування в гіпокампі механізму сегрегації або інтеграції процесів, заснованих на співіснуванні різних моделей повільних і швидких хвиль, які гнучко пов'язані або роз'єднані. Коли когнітивні потреби цього вимагають, обробка інформації здійснюється паралельно, без втручання між процесами, а коли необхідно протиставити інформацію, що зберігається в пам'яті, тій, що надходить ззовні, ритми синхронізуються та інтегруються. Таким чином, пам’ять оновлюється, коли в середовищі з’являється нова інформація, і вона зберігається у вже відомих контекстах.

В гіпокампі, ключовій структурі мозку для таких важливих функцій, як орієнтація чи пам'ять, реєструються два типи одночасних коливань або хвиль, які називаються тета та гама. Ці хвилі викликані електричною активністю, що генерується внаслідок зв'язку між нейронами. Тета-хвилі коливаються повільно (8 Гц) і знаходяться в різних структурах мозку, тоді як гамма-хвилі набагато швидші (від 30 до 120 Гц, залежно від області гіпокампу) і з’являються лише короткочасно в певній фазі тета-коливання.

Обидва типи хвиль тісно пов'язані, оскільки, хоча гамма-хвилі містять пакети інформації, які передаються з однієї області гіпокампа в іншу, повільні тета-хвилі діють як годинник, який координує послідовності активності між різними регіонами. Як і радіо- чи телевізійні сигнали, гамма-коливання відіграватимуть роль утворення різних «каналів», які використовували б різні частоти та фази ритму для спілкування, не втручаючись в роботу інших каналів.

Дослідники вивчили, чи працюють генератори повільних хвиль гіпокампа спільно для отримання загального тета-коливання, чи можуть вони працювати самостійно, при цьому одночасно існують численні коливання тета. Цей другий сценарій, який вони підтвердили своєю роботою, дозволяє існувати безліч тета-гамма-кадрів взаємодії, забезпечуючи набагато універсальнішу систему кодування інформації.

Хоча умови, що викликають координацію між гіпокампальними структурами, ще не до кінця зрозумілі, враховуючи, що роз'єднання між тета-та гамма-компонентами представляється ранньою електрофізіологічною ознакою, наявною у випадках хвороби Альцгеймера, шизофренії та інших психічних розладів, це дослідження пропонує нові механізми, які може мати вирішальне значення для розуміння цих патологій.

Віктор Ж. Лопес-Мадрона, Олена Перес-Монтойо, Ефрен Альварес-Сальвадо, Давид Мораталь, Оскар Ерерас, Ернесто Переда, Клаудіо Р. Мірассо та Сантьяго Канали. Різні основи тета співіснують у щурячому гіпокампі і координуються під час завдань, що керуються пам’яттю та новизною. eLife. DOI: 10.7554/eLife.57313