Každou noc v miliardách mozků uvnitř lebek savců a ptáků probíhají v neuronech pomalé vlny aktivity v rytmu, který se opakuje po tisíciletí. Je to společný rytmus mozků v jejich nejhlubším spánku.
Všudypřítomnost a jednotnost těchto „pomalých vln“ vypovídá o hlubokém významu, říká vědec HBP Maurizio Mattia z Istituto Superiore di Sanità (italský NIH) v Římě.
Popisuje okamžik, kdy si uvědomil, že se jedná o společný rytmus v biologii. „Když jsem to jako fyzik uviděl, pomyslel jsem si, že to není biologie, ale fyzika. Pomyslel jsem si, že je to naprosto zvláštní. Tohle je stopa něčeho, co funguje velmi, velmi dobře. Něco, co je potřebné napříč druhy a napříč evolucí.“
Pomalé vlny se objevují, když je mozek v hlubokém spánku, a byly pozorovány u savců a ptáků a možná i u plazů. Mattia popisuje tyto vlny jako kaskády aktivity, které se pohybují napříč mozkem s konzistentním rytmem (asi 1 Hz, napříč druhy).
Tyto rytmické oscilace se vyskytují na úrovni jednotlivých neuronů, ale při pohledu na celý mozek pomocí iEEG (intrakraniální EEG) se jeví jako vlna pohybující se mozkem rychlostí asi 30 mm za sekundu.
„Nejsou jako vlny, které vidíte ve vodě. Máte vzrušivé prostředí, takže je to jako oheň v lese. Když oheň poprvé založíte, bude se šířit jako vlna, dokud nespálíte všechno dřevo, a pak přestane. To je jako období nečinnosti v mozku, ale les se znovu rozroste a pak máte novou vlnu. Přesně to se děje v mozku. Využije všechny dostupné zdroje, aby vypálil akční potenciály neuronů, a pak potřebujete čas na zotavení. Střelba a ticho, střelba a ticho.“
Úplná funkce a účel těchto pomalých vln není zcela pochopen, ale zjevně mají důležitou roli. Přibývá důkazů, že tento rytmus je potřebný k reprodukci rovnováhy v mozku. Během bdění mozek produkuje odpad a zdá se, že tyto vlny mozek čistí, říká Mattia.
„Můžete přežít, aniž byste byli vzhůru, ale určitě zemřete, pokud nebudete spát. Tyto pomalé vlny potřebujete, abyste udrželi mozek ve zdravém stavu.“
Pomalé vlny jsou také spojeny s pamětí a konsolidací učení.
„Fronta vln není náhodná fronta vln. Je definována strukturou, kterou v mozku nachází. Představte si mnoho lidí, kteří jdou vedle sebe po pláži. Když někteří najdou měkký písek, půjdou pomaleji, jiní půjdou rychleji po tvrdším písku. Tento rozdíl v terénu se projeví ve tvaru linie kráčejících lidí.
„Vrátíme-li se tedy k paměti, tyto pomalé vlny sledují síťové cesty a posilují tyto cesty. Víceméně.“
V tomto smyslu jde téměř o druh opakování, podobný učení, které jako by posilovalo cesty používané během dne tím, že je mnohokrát opakuje.
Mattia popisuje pomalé vlny jako jakýsi Rosettský kámen neurovědy, kde různými jazyky jsou různá zvířata a obsahem jsou pomalé vlny. Proto jsou užitečné nejen pro pochopení mozku, ale třeba i pro vytváření jeho simulací. Můžeme tuto společnou vlastnost všech mozků replikovat v simulaci?“
„Snažíme se pochopit, jakým způsobem je daná síť neuronů in-silico nebo in-vivo schopna vytvářet stejné rytmy, a když to vezmeme v různých souvislostech, umožní nám to vytvořit stroj, který se může chovat jako skutečný mozek,“ říká Mattia.
„Jakmile vytvoříte mozek in-silico, který má tyto rytmy, no, je to dobrý výchozí bod, abychom zjistili, jak se chová, když je probuzen.“
Maurizio Mattia pracuje ve složce Systems and Cognitive Neuroscience (Subproject 3) projektu Human Brain Project.