Проекты

Исследование феномена специализации нейронов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Анатомия и физиология человека»

Направление работы: Нейрофизиология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1329
Предметы: Биология
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину» 2020 года

Актуальность

Что такое сознание и внимание; как работает память; как мозг обрабатывает смысл слов и предложений; как создаётся опыт, уникальный для каждого отдельного существа? Все эти «нерешённые» проблемы нейрофизиологии затрагивают именно когнитивные процессы, и поэтому так важно их изучать.

Цель

Обработать данные активности нейронов и найти частоту обнаружения специализированных нейронов.

Гипотеза

Чем больше нейрон откликается на определённое действие организма, тем больше вероятность, что он специализирован.

Задачи

1. Освоить метод регистрации нейрональной активности.

2. Выявить связь между активностью нейронов и поведенческим актом, реализуемым животным.

3. Определить целесообразность метода регистрации нейронов.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Вольер для кролика, созданный в лаборатории

• Программа для обработки и записи активности нейронов, подсчёта вероятности специализации

Описание работы

Исследование проводилось в несколько этапов.

1. Обучение кролика.

Животное поэтапно обучали получать порции пищи с помощью нажатия на педаль с одной и другой стороны симметричной экспериментальной камеры. За каждую правильную попытку животное награждали. На каждом новом этапе животному добавляли действие, которое оно должно обязательно выполнить, и только при полном правильном повторении всех шагов животное обучали следующему этапу.

Этапы обучения:

• Приучение кролика брать еду из кормушки. На этом этапе животное просто «прикармливают», показывают где находится кормушка.

• Обучение направлению движения. При каждом повороте головы в нужную сторону либо при каждом действии в нужном направлении (в направлении стенки вольера, где находится педаль), животному давали вознаграждение.

• Обучение движению вдоль стенки, перемещение в середину клетки. На данном этапе животное не только сохраняет направление, но и учится правильному повороту. Правильный поворот – это поворот, при котором животное обращается носом не в центр вольера, а к его стенке. Это очень важный этап, поскольку при выявлении специализации нейрона в последующих этапах, животное должно делать всё абсолютно так же, как и делало до этого.

• Обучение «тыканию» носом в край вольера. На этом этапе животное уже доходит до стенки, не совершает ошибок при повороте.

• Обучение нажатию на педаль.

2. Регистрация активности нейронов.

Проведение регистрации активности нейронов передней и задней областей цингулярной коры мозга кролика стеклянными электродами после обучения. После помещения электродов кролик вновь повторял все действия, которым он был обучен на предыдущем этапе. Также проводилась запись каждой сессии на видео и запись активности нейронов. Всего было получено 29 записей активности нейронов и 29 видео общей длительностью более 250 минут.

Все данные для работы были предоставлены институтом психологии РАН, все манипуляции с животными проводили сотрудники лаборатории института.

3. Обработка информации.

• Расстановка «меток» на шкале активности нейрона.

• Просмотр записей испытаний для обнаружения ошибок.

• Статистический анализ данных активности.

Каждая метка означает действие и обозначается цифрой (например, 1− нажатие на педаль слева, 6 − нажатие на педаль справа). Данные метки позволяют упростить процесс выявления специализации в несколько раз, так как каждая активность нейрона будет привязана к временному промежутку, в котором происходило действие.

Результаты

В ходе исследования было обработано 29 записей активности нейронов, просмотрено 250 минут записей опытов, обнаружено на общей выборке 25% специализированных нейронов.

75% нейронов с высокой долей вероятности также специализированы, то есть вовлечены в обеспечение другого поведения, не вошедшего в рамки данного анализа.

Выводы

1. По итогам проведённой статистической обработки данных подтверждена достоверная связь активности нейрона с реализуемым макроорганизмом поведенческим актом.

2. Наличие явления специализации нейронов, которое было показано в исследовании, обеспечивает возможность моделирования новых исследований в рамках данной парадигмы, направленных на уточнение особенностей и закономерностей специализации и активации нервных клеток.

Перспективы использования результатов работы

Результаты выполненной работы могут учитываться при дальнейшем исследовании структуры индивидуального опыта человека и животных.

Сотрудничество с учреждением при создании работы
ИП РАН, лаборатория психофизиологии имени В.Б. Швыркова

Мнение автора

«Работать над этим исследованием было для меня настоящим удовольствием. Огромная благодарность всем, кто помогал мне в ходе исследования! Отдельная благодарность организаторам конференции «Старт в медицину» за уникальную возможность принять участие в мероприятии такого высокого уровня!»