Анализ медленных (тета-)колебаний как потенциальной временной системы отсчёта для кодирования информации в сенсорных корковых областях

Хотя сенсорные нейроны передают поведенчески значимую информацию в ответах, часто длящихся сотни миллисекунд, ключевые единицы нейронной информации, вероятно, представлены значительно более короткими и точно локализованными во времени паттернами импульсной активности. Механизмы и временные системы отсчёта, с помощью которых сенсорные сети разделяют ответы на такие короткие единицы информации, остаются неизвестными. Согласно одной из гипотез, медленные колебания обеспечивают внутреннюю для сети систему отсчёта, позволяющую разделять последовательности импульсов во времени без использования согласования импульсов с сенсорными стимулами с точностью до миллисекунд. Мы проверили эту гипотезу, используя нейрональные ответы, зарегистрированные в зрительной и слуховой коре макак в ответ на естественные стимулы. Сравнение различных схем разделения ответов показало, что колебания тета-диапазона обеспечивают временную систему отсчёта, позволяющую извлекать значительно больше информации, чем из подсчёта импульсов, а иногда почти столько же информации, сколько при разделении последовательностей импульсов с использованием временных интервалов, точно синхронизированных со стимулом. Кроме того, мы проверили устойчивость этих схем разделения к временной неопределённости в процессе декодирования и к шуму во входном сенсорном сигнале. Было установлено, что разделение с использованием колебательной системы отсчёта обеспечивает более высокую устойчивость, чем разделение с использованием временных интервалов, точно синхронизированных со стимулом. В целом эти результаты представляют вычислительное подтверждение принципиальной реализуемости гипотезы о том, что медленная ритмическая активность сети может служить внутренней системой отсчёта для кодирования информации в сенсорных корковых областях, и поддерживают представление о том, что медленные колебания являются ключевыми элементами вычислений, лежащих в основе восприятия.