Математический метод, с помощью которого можно изучать взаимодействие ритмов коры головного мозга, предложили ученые Саратовского университета. По мнению авторов, это позволит выяснить, насколько они различаются в разных фазах сна в норме и при патологии, что в свою очередь даст возможность лучше понимать механизмы работы центральной нервной системы. Результаты опубликованы в «EPJ — Special Topics».
Ритмы коры головного мозга стали известны около века назад, но до сих пор остается загадкой, какие биофизические механизмы их запускают и каким целям они служат, рассказал один из авторов исследования, ассистент кафедры физики открытых систем Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (СГУ) Герман Гуйо.
В последнее десятилетие появилось много работ, связывающих разные ритмы с вниманием, восприятием, обучением и памятью, а также с моторным поведением. Альфа-волны проявляются, например, в состояниях покоя, мышечной релаксации и при закрытии глаз, и, наоборот, блокируются при сосредоточении внимания. Бета-волны выражены в состояниях активного бодрствования, во время интенсивной умственной деятельности и при эмоциональном возбуждении. Гамма-волны регистрируются при концентрации внимания и выполнении когнитивных функций. Динамика в дельта- и тета-диапазонах является характеристикой различных стадий сна.
Кроме изучения волн по отдельности, ученые пытаются разобраться, как происходит их взаимодействие. В частности, была предложена концепция сетевых взаимодействий ритмов коры головного мозга, согласно которой физиологические состояния нельзя полностью описать, сосредотачиваясь только на отдельных ритмах, а нужно анализировать координацию между ритмами мозга как сложной сети.
По словам ученых из СГУ, полученные ими результаты служат дополнительным подтверждением концепции сетевых взаимодействий.
"Мы предложили оригинальный метод анализа экспериментальных данных. У нас была задача узнать, как устроен мозг, как он работает, как взаимодействуют между собой его отделы. Есть теория, что каждый отдел отвечает за одну "задачу", например, затылочный отдел управляет зрением, височный — речью. Но есть и другая теория, по которой отделы связаны, и под каждую функцию строится своя нейросеть, которая распределена по нескольким отделам мозга", — рассказал Гуйо.
В исследовании использовались сигналы электрокортикограмм мышей до и после однодневной депривации (лишения) сна и методы анализа координации корковых ритмов мозга на основе изучения их корреляций.
Авторы считают, что полученные результаты могут помочь в разработке методов диагностики нарушений сна и связанных с ними заболеваний. В перспективе они могут способствовать повышению эффективности лечения расстройств сна.
В дальнейших планах коллектива — совершенствование методов анализа координации ритмов головного мозга с учетом специфики экспериментальных данных и накопление информации об особенностях кросс-коммуникаций ритмов для различных физиологических состояний, включая случаи патологии.
Работа выполнена учеными СГУ имени Н. Г. Чернышевского при участии научно-образовательного математического центра «Математика технологий будущего» при поддержке гранта РНФ №24-22-00015. Исследование согласуется со стратегическими проектами СГУ в рамках федеральной программы «Приоритет-2030».
