Исследование мозга хорька показало ученым, как возникает надежный визуал в процессе развития

У наивных в визуальном плане животных монокулярная вызванная активность очень изменчива и многомерна, как и бинокулярная вызванная активность. Ученым известно, что нейронные связи в мозге постепенно формируются и развиваются после рождения в результате как врождённых биологических процессов, так и жизненного опыта. Предыдущие исследования показывают, что первоначальное развитие нейронных связей в мозге проходит в два этапа. Первый из этих этапов происходит до того, как животные и люди начинают жить. На этом этапе первоначальная организация корковых сетей устанавливается с помощью внутренних (то есть эндогенных) механизмов. После формирования этой первоначальной организации начинается второй этап. Этот второй этап предполагает совершенствование корковых сетей с течением времени в соответствии с индивидуальным жизненным опытом животного или человека.

Исследователи из Франкфуртского института перспективных исследований (FIAS), Франкфуртского университета имени Гёте и Института нейробиологии Макса Планка во Флориде недавно изучили процессы, поддерживающие раннее развитие нейронных связей в зрительной коре головного мозга млекопитающих. Их статья, опубликованная в Nature Neuroscience, раскрывает закономерности активности коры головного мозга хорьков до и после того, как новорождённые щенки впервые открывают глаза.

Фундаментальная структура корковых сетей формируется на ранних этапах развития, до появления сенсорного опыта. Однако то, как эндогенно сформировавшиеся сети реагируют на появление сенсорного опыта и как они формируют зрелые сенсорные представления в процессе накопления опыта, остаётся неясным. Мы изучили это "преобразование природы в воспитание" на уровне отдельных испытаний с помощью хронической кальциевой визуализации in vivo в зрительной коре хорьков.

пишут Сигрид Трэгенап, Дэвид Э. Уитни и их коллеги в своей статье

Чтобы лучше понять, что происходит в зрительной коре головного мозга хорьков до и после рождения, исследователи использовали метод, называемый кальциевым картированием in vivo. Этот метод основан на использовании специальных красителей или генетически закодированных белков, которые светятся при повышении уровня кальция, что происходит в нейронах, когда они становятся активными.

У наивных в визуальном плане животных активность, вызванная решетчатым стимулом, устойчива и модульна, но при этом сильно варьируется как в рамках одного эксперимента, так и между ними. Источник: Tragenap и др. (Nature Neuroscience, 2025).
Трэгенап, Уитни и их коллеги использовали кальциевую визуализацию для записи активности нейронов в зрительной коре хорьков до того, как детёныши хорьков впервые открыли глаза, когда они впервые открыли глаза и через неделю после рождения. Интересно, что на этих разных стадиях раннего развития они наблюдали разные паттерны активности.

При открытии глаз зрительная стимуляция вызывает устойчивые паттерны модульной активности корковых сетей, которые сильно варьируются в рамках одного и разных испытаний, что сильно ограничивает различимость стимулов.

написали Трэгенап, Уитни и их коллеги

Специалисты отметили, что первоначальные модульные паттерны, вызванные стимулами, отличаются от спонтанных паттернов сетевой активности, присутствующих до и во время открытия глаз. В течение недели нормального зрительного восприятия в корковых сетях у испытуемых формировались низкоразмерные, высоконадёжные представления стимулов, которые соответствовали реорганизованным паттернам спонтанной активности. В целом результаты недавнего исследования показывают общественности, что активность зрительной коры у хорьков и, возможно, у других млекопитающих значительно меняется до, во время и после рождения. Их наблюдения показывают, что, когда хорек впервые открывает глаза, его мозг пытается создать последовательное представление о том, что животное видит впервые.

Однако уже через неделю после рождения активность мозга того же хорька меняется. Исследователи зафиксировали устойчивые нейронные паттерны, связанные с восприятием зрительных стимулов. В рамках своего исследования учёные также разработали вычислительную модель, которую использовали для искусственного воспроизведения наблюдаемых ими процессов раннего развития.

Используя вычислительную модель, мы предполагаем, что надёжные визуальные представления возникают в результате согласования прямых и обратных корковых сетей, сформированных новыми паттернами зрительно-обусловленной активности.

текст исследования

Основываясь на своих выводах, Трэгенап, Уитни и их коллеги предполагают, что визуальные представления возникают в результате работы двух типов корковых сетей: одна из них передаёт входящие сенсорные сигналы (или прямую связь), а другая уточняет визуальные представления с помощью внутренних процессов (то есть обратная связь). Статья иностранных специалистов может вскоре стать основой для дальнейших нейробиологических исследований, посвящённых раннему развитию мозга, а также для создания новых моделей искусственного интеллекта, которые имитируют наблюдаемую ими динамику.

Две трети поверхности Земли в 2024 году пережили рекордную жару.

Фото: Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-024-01857-3

Источник: 2025 Science X Network