Электрические импульсы нейронов, которые долго считали одинаковыми сигналами «да/нет», на самом деле различаются по форме — и в этой форме скрыта информация о том, что происходило с клеткой. Учитывая ее, можно узнать больше о работе мозга, чем при обычной записи «сработал или нет». Работа опубликована в виде препринта на сервере bioRxiv.
Исследование провела команда Калифорнийского университета в Сан-Диего под руководством нейробиолога Брэдли Войтека. Обычно нервный импульс — потенциал действия — записывают как мгновенное событие: нейрон либо «выстрелил», либо нет. Но, как показали ученые, при разных типах входного воздействия меняется сам «почерк» импульса: его высота и скорость спада напряжения.
Модель машинного обучения смогла по одной только форме сигнала различить три типа стимуляции с точностью 78,4% для отдельного нейрона. Более того, форма импульса отражала силу входящего тока еще за полсекунды до самого «выстрела». По словам Войтека, превращая импульс в простое событие «да/нет», ученые выбрасывают информацию о том, что подавалось на вход нейрону.
Авторы предполагают, что за этим стоят изменения в притоке ионов кальция, влияющие на ширину импульса, — но механизм еще предстоит проверить. Если результат подтвердится, он способен изменить сам подход к расшифровке работы мозга: не только считать, сколько раз сработали нейроны, но и «читать» форму их сигналов. Стоит подчеркнуть, что работа пока представлена как препринт, и выводы нуждаются в независимой проверке.
Нейроны обмениваются сигналами с помощью коротких электрических импульсов, и десятилетиями нейронаука опиралась на упрощение: важно лишь, сработал нейрон или нет и как часто. Такой подход лег в основу и теорий работы мозга, и искусственных нейросетей. Если окажется, что форма каждого импульса тоже несет смысл, это добавит мозгу «пропускной способности» и может объяснить, как он умещает столько информации в ограниченном числе клеток.
Ранее «гормон счастья» дофамин удивил ученых новой функцией.