Ультразвук помогает мозгу лучше чувствовать

Многие животные используют ультразвук для получения информации о внешнем мире: примеры с летучими мышами и китами, можно сказать, уже навязли в зубах. Такие животные обычно сами могут издавать ультразвуковые сигналы, прощупывая с их помощью окружающее пространство. И в этом смысле было бы странно искать пользу от ультразвука, например, для нас с вами — ведь мы не можем ни издавать звуки на таких частотах, ни как-то специально анализировать их.

Тем не менее ультразвук и человеку способен помочь лучше воспринимать окружающий мир, и речь в данном случае идёт вовсе не об инженерно-акустических достижениях. Исследователи из Виргинского политехнического университета (США) выяснили, что обработка мозга ультразвуком помогает в анализе сенсорных сигналов.

Уильям Тайлер (William Tyler) и его коллеги занимались тем, что направляли ультразвук на область коры мозга, отвечающую за обработку сенсорной информации от руки. С помощью электродов, прикреплённых к запястью, учёные стимулировали срединный нерв, который иннервирует ладонь и пальцы, и одновременно следили за активностью мозга с помощью ЭЭГ.

Перед тем как простимулировать нерв, соответствующую область мозга обрабатывали ультразвуком, при этом слабел сигнал ЭЭГ и слабели волны мозга, соответствующие кодированию тактильной информации. Казалось бы, следовало ожидать, что ухудшится и чувствительность. Учёные провели два стандартных теста: в одном руки касались двух близких точек, и человек должен был суметь отличить их друг от друга, то есть воспринять не как одно касание, а как два; в другом тесте точно так же нужно было различить близкие частоты вибрации. И вот, как пишут авторы работы в Nature Neuroscience, результаты тестов оказались обратны ожидаемым: чувствительность после ультразвука улучшалась, человек лучше различал на ощупь близкие касания и близкие частоты.

Почему общее ослабление тактильного сигнала повышало чувствительность? Обработка информации в мозге зависит от баланса между возбудительными и тормозными нейронами, и, возможно, ультразвук помогает скорректировать этот баланс оптимальным образом. Можно представить, что при слишком сильном ответе на прикосновение в определённой точке активность нейронов, соответствующих этой точке, «глушит» остальные нервные клетки, «приписанные» к соседним сенсорным участкам. Если активность возбудительных нейронов подавить (например, стимулируя активность противостоящих им тормозных нейронов), то можно добиться членораздельного многоголосия разных групп нервных клеток.

При этом исследователи отмечают, что незначительно смещение фокуса ультразвука приводило к полному исчезновению эффекта. То есть такая стимуляция может быть довольно тонким и точным способом изучения активности мозга и, возможно, клинического воздействия — ведь с помощью такой обработки можно исправлять какие-то психоневрологические дефекты.

Обычно, когда говорят о неинвазивной стимуляции мозга, имеют в виду транскраниальную магнитную стимуляцию или стимуляцию электрическим током (ту и другую мы нередко вспоминаем). Ультразвуковая стимуляция до сих пор как бы оставалась в тени, но такая несправедливость в отношении этого перспективного во всех смыслах метода, надо думать, скоро будет исправлена.

Подготовлено по материалам Виргинского политехнического университета. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.