Зрительные гамма-колебания и процессы нервного возбуждения и торможения

Изменение баланса между нервным возбуждением и торможением (В/Т) характерно для многих нарушений работы мозга, включая такие расстройства, как аутизм, шизофрения, эпилепсия и др. Для того, чтобы научиться эффективно корректировать этот баланс, нужно сначала научиться измерять его в мозге человека. К сожалению, в данное время не существует надежных неинвазивных (т.е. без проникновения в мозг) мер измерения баланса В/Т. Быстрые колебания электромагнитной активности мозга - "гамма-колебания" (30 – 100 Гц) генерируются при взаимодействиях возбуждающих и тормозных нейронов и чувствительны к изменениям этих взаимодействий. Поэтому они могут нести полезную информацию о балансе В/Т в нейронных сетях.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) существенно более чувствительна к гамма-колебаниям, чем все другие имеющиеся в настоящее время неинвазивные методы. В серии работ мы исследовали как гамма-колебания, вызванные зрительными стимулами и зарегистрированные с помощью МЭГ, модулируются силой возбуждения, приходящего в зрительную кору и как эти модуляции связаны с психофизическими показателями, характеризующими эффективность торможения в зрительной коре и с субъективными оценками сенсорной чувствительности [1-4]. Результаты исследований указывают на то, что показатель, отражающий изменения мощности гамма осцилляций под воздействием усиливающегося сенсорного входа несет информацию о возбудимости зрительной коры. Остается, однако, множество вопросов для будущих исследований. Например, какие механизмы стоят за теми явлениями, которые мы видим в МЭГ? Нарушена ли модуляция мощности гамма у людей с нейропсихиатрическими заболеваниями? Меняется ли она под действием фармакологических препаратов?

Наши исследования помогают понять функциональную роль гамма-колебаний - одного из основных ритмов электромагнитной активности мозговых. Более того, они могут помочь в разработке неинвазивных мер гомеостатической регуляции возбуждения и торможения при нейро-психиатрических заболеваниях.

Рис. 1. Модуляция гамма-колебаний скоростью движения зрительного стимула-'решетки'. Возбуждение зрительной коры увеличивается
с увеличением скорости движения, что сначала ведет к синхронизации гамма-колебаний, а потом - при высоких скоростях - к их подавлению.
Подавление гамма-колебаний при высокой интенсивности стимуляции отражает эффективность регуляции растущего возбуждения в зрительной коре
(Orekhova et al. Sci Rep 2018).

1. Orekhova EV, Prokofyev AO, Nikolaeva AY, Schneiderman JF, Stroganova TA: Additive effect of contrast and velocity suggests the role of strong excitatory drive in suppression of visual gamma response. Plos One 2020, 15(2).
2. Orekhova EV, Rostovtseva EN, Manyukhina VO, Prokofiev AO, Obukhova TS, Nikolaeva AY, Schneiderman JF, Stroganova TA: Spatial suppression in visual motion perception is driven by inhibition: Evidence from MEG gamma oscillations. Neuroimage 2020, 213.
3. Orekhova EV, Stroganova TA, Schneiderman JF, Lundstrom S, Riaz B, Sarovic D, Sysoeva OV, Brant G, Gillberg C, Hadjikhani N: Neural gain control measured through cortical gamma oscillations is associated with sensory sensitivity. Hum Brain Mapp 2019, 40(5):1583-1593.
4. Orekhova EV, Sysoeva OV, Schneiderman JF, Lundstrom S, Galuta IA, Goiaeva DE, Prokofyev AO, Riaz B, Keeler C, Hadjikhani N et al: Input-dependent modulation of MEG gamma oscillations reflects gain control in the visual cortex. Sci Rep-Uk 2018, 8