Карта префронтальной коры, основанная на активности отдельных нейронов

Как центр управления мозга держит мысли в порядке

Передняя часть мозга, называемая префронтальной корой, помогает нам планировать, принимать решения и отслеживать цели. Тем не менее учёные всё ещё спорят о том, как устроена эта область: разделена ли она на аккуратные секции с фиксированными функциями или работает скорее как гибкая сеть? Это исследование решает этот вопрос, «прислушиваясь» к более чем 24 000 отдельных нервных клеток у мышей и открывая новый тип карты, основанный не на внешнем виде ткани, а на том, как отдельные нейроны активируются во времени.

Слушая тысячи крошечных электрических голосов

Чтобы построить эту функциональную карту, исследователи использовали ультра-плотные регистрирующие зонды для измерения электрических всплесков отдельных нейронов по всей префронтальной коре мыши и соседним областям, пока животные были бодрствующими. Они изучали, с какой частотой каждый нейрон стреляет, идут ли его спайки в ровных ритмах или сериями, и влияет ли время одной спайки на следующую. Эти три простых признака отражали, насколько «регулярна» или «взрывна» активность каждого нейрона. Вместо опоры на традиционные анатомические границы они группировали нейроны с похожими стилями разрядов и смотрели, где эти группы располагаются в мозге.

Характерная манера разрядов для высших областей мозга

Анализ показал, что разные участки мозга «звучат» по-разному. Подрегионы префронтальной коры оказались особенно богаты нейронами, которые разряжаются медленно и с поразительной регулярностью, словно ровные тики метронома. Напротив, такие области, как таламус и гиппокамп, чаще содержали нейроны, разряжающиеся сериями с нерегулярными паузами. Когда команда сопоставила эти паттерны с независимой мерой положения каждой кортикальной области в общей иерархии обработки информации, обнаружилась интересная связь: в областях более высокого порядка постоянно было больше медленно работающих, регулярных нейронов, тогда как в более низкоуровневых сенсорных зонах встречалось больше «взрывных» клеток.

Карта, игнорирующая классические границы

Внутри самой префронтальной коры исследователи разделили ткань на множество небольших участков, содержащих примерно равное число зарегистрированных нейронов. Они обнаружили, что участки с похожими профилями разрядов часто пересекали классические учебные границы между именованными подрегионами. Некоторые кластеры таких участков формировали согласованные «модули» медленной, регулярной активности, которые совпадали с анатомическими метками лишь частично. Сопоставление карты, основанной на разрядах, с детальной схемой внутрикортикальных связей показало: регионы, стоящие выше во внутренней иерархии, также были обогащены регулярными нейронами. Это указывает на то, что именно то, как области связаны между собой, а не как выглядят их клетки под микроскопом, формирует ландшафт текущей активности.

От тихого фонового разряда к решениям и обратной связи

Исследование также рассмотрело, как эти спонтанные паттерны соотносятся с тем, что нейроны делают во время конкретных событий. В одном наборе экспериментов мыши просто слышали тоны, и нейроны группировали по тому, насколько быстро и сильно они реагировали. Клетки, отвечающие на тон, были разбросаны по участкам префронтальной коры и не уважали анатомические границы. В отдельной, более сложной задаче мыши видели визуальный сигнал, поворачивали колесико, чтобы выбрать сторону, а затем получали награду или шум. Нейроны, несущие информацию о выборе животного, сгруппировались в ранее неописанной полосе префронтальной коры, которая перекрывалась с регионами, богатыми регулярными нейронами. Тем не менее на уровне отдельных клеток те единицы, которые действительно сигнализировали о выборе, тоне или обратной связи, как правило, имели более высокие спонтанные частоты разрядов, а не медленные регулярные клетки.

Две переплетённые популяции за гибкой мыслительной деятельностью

В совокупности результаты указывают на разделение труда. Медленные, регулярные нейроны, по-видимому, отмечают и поддерживают высокоуровневые, плотно связанные части коры, обеспечивая стабильный фон, который может благоприятствовать длительным представлениям и интеграции информации. Более быстрые, более возбудимые нейроны в тех же районах — вот те, кто вспыхивает при конкретных звуках, выборах и исходах. Эта работа утверждает, что истинный принцип организации центра управления мозга — не в том, как выглядят его слои и типы клеток, а в том, как они связаны и как их активность упорядочена во времени. Показав, как детализированные карты, основанные на разрядах отдельных нейронов, могут выявлять скрытую структуру, исследование предлагает дорожную карту для обнаружения аналогичных функциональных карт по всему мозгу.

Цитирование: Le Merre, P., Heining, K., Slashcheva, M. et al. A prefrontal cortex map based on single-neuron activity. Nat Neurosci 29, 673–681 (2026). https://doi.org/10.1038/s41593-025-02190-z

Ключевые слова: префронтальная кора, паттерны нейронной активности, иерархия мозга, нейронная связность, принятие решений