Последовательные визуальные стимулы повышают мощность высоких частот в зрительной коре

Почему быстрые ритмы мозга важны

Наши мозги излучают тонкие электрические ритмы, которые помогают клеткам обмениваться информацией. Некоторые исследователи полагают, что тщательно синхронизированные вспышки света способны настраивать эти ритмы и поддерживать здоровье мозга, например при состояниях, связанных с потерей памяти. В этом исследовании изучается новый способ предъявления световых паттернов на экране, чтобы эффективнее вызывать очень быструю активность в области мозга, обрабатывающей зрительную информацию.

Новый способ мерцания света

Ранее большинство экспериментов использовали простое мерцание, при котором весь экран одновременно становился светлее и темнее. Такой подход хорошо работает для медленных ритмов мозга, но проводящие свойства мозга естественно ослабляют очень быстрые сигналы, действуя как низкочастотный фильтр, пропускающий более медленные волны легче. Авторы задумались, можно ли преодолеть это ограничение, изменив не только скорость мерцания экрана, но и то, где на экране происходят вспышки в каждый момент времени.

Создание движущихся паттернов для зрения

Команда создала шахматные узоры, которые не мерцали одновременно по всему полю. Вместо этого изображение было разделено на клинья и полосы, которые загорались по очереди по изогнутому экрану перед мышью. Каждая маленькая секция появлялась всего на несколько тысячных секунды, затем паттерн переходил к соседнему участку, подметая поле зрения животного, прежде чем повториться. Подбирая число секций и частоту обновления экрана, исследователи могли контролировать и то, как часто каждая точка сетчатки повторно стимулировалась, и насколько тесно по времени связывались соседние участки.

Прослушивание тысяч нейронов

Чтобы увидеть, как реагирует зрительная кора, авторы использовали зонды Neuropixels — крошечные многодатчиковые электроды, способные одновременно записывать сигналы из многих слоёв и участков ткани мозга. Они регистрировали как спайки отдельных нейронов, так и более медленные локальные полевые потенциалы, отражающие суммарную активность множества клеток. Записи проводили у бодрствующих, зафиксированных по голове мышей, обученных спокойно сидеть и смотреть серию визуальных паттернов, включая стандартное мерцание на весь экран, движущиеся полосы и новые последовательные паттерны.

Высокая мощность от медленных повторов

Ключевой мерой была мощность в очень высокочастотной полосе между 100 и 190 герцами в зрительной коре. Последовательные паттерны надежно усиливали мощность в этой быстрой полосе в конкретных областях, соответствующих стимулированным участкам поля зрения. Тангенциальные введения зондов, охватывающие широкую полосу коры, показали, что эти повышения в высоких частотах могли простираться на сотни микрометров ткани. Интересно, что паттерны с более низкой частотой повторения, то есть участки экрана посещались реже, но вспышки были чуть длиннее, приводили к более сильной высокочастотной мощности и более согласованной временной структуре спайков нейронов, чем паттерны с более быстрым повтором.

Сравнение с классическим мерцанием

Когда авторы тестировали более традиционные визуальные стимулы, такие как чередующиеся шахматные поля на весь экран и движущиеся полосы, они наблюдали умеренное усиление гамма-ритмов среднего диапазона до примерно 60 герц. Однако эти классические паттерны не давали таких сильных локализованных увеличений в диапазоне 100–190 герц, как последовательные стимулы. Это указывает на то, что пространственный порядок и временные смещения между соседними участками экрана являются ключевыми факторами для того, чтобы вытеснить зрительную кору в более высокочастотную активность, недоступную при равномерном мерцании.

Что это может значить для будущих терапий

Для неспециалиста главный вывод таков: то, как и где свет мерцает по нашим глазам, может изменить вовлечение быстрых ритмов мозга. Тщательно последовательно переключая вспышки по соседним участкам вместо одновременного освещения всего поля, это исследование на мышах показывает, что возможно усилить очень быструю электрическую активность в зрительных областях мозга, несмотря на склонность мозга ослаблять такие сигналы. В перспективе похожие идеи могут быть адаптированы и испытаны на людях, а также расширены на слух и осязание, открывая новые возможности для неинвазивного влияния на ритмы мозга, связанные с восприятием и когницией.

Цитирование: Keil, J., Hernandez-Urbina, V., Vassiliou, C. et al. Sequential visual stimuli increase high frequency power in the visual cortex. Sci Rep 16, 15228 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52253-9

Ключевые слова: зрительная кора, ритмы мозга, гамма-осцилляции, сенсорная стимуляция, нейронаука мышей