Мозг – это центральный орган нервной системы, контролирующий работу всего организма и отвечающий за высшие психические функции, такие как мышление, память, эмоции и восприятие. Этот сложнейший орган состоит из миллиардов нейронов, образующих сложную сеть связей, которые обеспечивают взаимодействие всех систем тела.
") быстро переключаться между различными режимами работы остаются одними из самых сложных и малоизученных явлений современной нейронауки. Несмотря на десятилетия исследований, ученые до сих пор пытаются понять, каким образом миллиарды нервных клеток синхронизируют свою активность, формируя наше восприятие окружающего мира, память, эмоции и способность бодрствовать. Новое исследование международной группы нейробиологов позволило значительно приблизиться к ответу на этот вопрос, раскрыв роль трех важнейших химических посредников мозга — ацетилхолина, дофамина и серотонина. Работа, опубликованная в журнале PLOS Computational Biology, объединила современные экспериментальные методы изучения мозга с одной из самых детализированных вычислительных моделей коры головного мозга, созданных на сегодняшний день. Исследователи из Ньюкаслского университета, проекта Blue Brain Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и научных центров Испании показали, каким образом нейромодуляторы способны одновременно изменять электрическую активность десятков тысяч [нейронов](https://hanga.su/glossary/neurons "Нейроны — это специализированные клетки нервной системы, которые обеспечивают передачу, обработку и хранение информации. Они играют ключевую роль в работе мозга, управляя всеми функциями организма — от движения и восприятия до эмоций и когнитивной активности.
"), определяя состояние всей нервной сети. В отличие от классических нейромедиаторов, которые передают сигналы между двумя соседними нейронами в течение долей секунды, нейромодуляторы действуют значительно шире. Они изменяют чувствительность целых нейронных сетей, регулируют силу передачи сигналов и помогают мозгу переключаться между различными функциональными состояниями. Именно благодаря этим веществам [человек](https://hanga.su/glossary/human "Человек (Homo sapiens) — биологический вид, обладающий уникальной комбинацией физиологических, анатомических, психических и социальных характеристик. Он отличается высоким уровнем абстрактного мышления, речью, способностью к обучению, социальной организацией и культурным наследием.
") способен быстро переходить от глубокого сна к бодрствованию, концентрировать внимание, обучаться новому, испытывать мотивацию и эмоциональные переживания. Особый интерес ученых давно вызывают три нейромодуляторные системы. Ацетилхолин традиционно связывают с процессами внимания, обучения и памяти. Дофамин играет ключевую роль в системе вознаграждения, мотивации, принятии решений и контроле движений. Серотонин участвует в регуляции настроения, сна, тревожности, эмоциональной устойчивости и многочисленных когнитивных процессов. Несмотря на огромный объем накопленных знаний, до настоящего [времени](https://hanga.su/glossary/time "Время — это фундаментальная физическая величина, описывающая последовательность событий и меру их длительности. В научной картине мира время рассматривается не как абстрактная категория, а как измеримый параметр, связывающий процессы и определяющий порядок их развития. В классической механике время протекает равномерно и независимо от наблюдателя, однако теория относительности существенно расширила эти представления: скорость движения и гравитация способны изменять течение времени, что подтверждено экспериментально.
") оставалось неясным, каким образом эти химические системы совместно управляют активностью огромных популяций нейронов. Первым этапом нового исследования стало создание максимально точной карты распределения нейромодуляторных волокон в соматосенсорной коре головного мозга крысы. Для этого специалисты использовали современные методы иммуногистохимического окрашивания тканей, стереологический [анализ](https://hanga.su/glossary/analysis "Анализ — это один из фундаментальных инструментов науки, используемый для структурного изучения сложных систем, данных и процессов. В основе анализа лежит разложение явлений или данных на составляющие части, что позволяет лучше понять их структуру, закономерности и взаимосвязи.
") и высокоточное микроскопическое картирование. Такой подход позволил определить плотность, пространственное расположение и особенности ветвления нервных волокон, по которым распространяются химические сигналы. Полученные результаты показали, что холинергическая система, использующая ацетилхолин, значительно превосходит остальные по плотности иннервации. Количество специализированных участков высвобождения ацетилхолина оказалось примерно в 2,3 раза выше, чем аналогичных структур серотонинергической системы. Это подтверждает центральную роль ацетилхолина в организации работы коры головного мозга. Однако главной особенностью исследования стало не только получение новых анатомических данных. Впервые столь детальная карта была интегрирована в сложную биофизическую компьютерную модель, воспроизводящую работу настоящей корковой ткани. Модель включала десятки тысяч взаимосвязанных нейронов с учетом их морфологии, электрических свойств и особенностей взаимодействия между различными типами клеток. Такой подход позволил ученым наблюдать, как активация отдельных нейромодуляторных систем изменяет электрическую активность всей нейронной сети практически так же, как это происходит в живом мозге. Одним из наиболее важных результатов стало объяснение механизма действия ацетилхолина. Компьютерное моделирование показало, что этот нейромодулятор эффективно подавляет медленные дельта-ритмы, характерные для глубокого сна. Именно снижение выраженности таких волн позволяет коре переходить в состояние бодрствования, повышенной готовности и концентрации внимания. Особенно интересным оказалось объяснение самого механизма передачи сигнала. В течение многих лет нейробиологи спорили, действует ли ацетилхолин преимущественно через диффузное распространение [молекул](https://hanga.su/glossary/molecule "Молекула — это мельчайшая частица вещества, которая сохраняет его химические свойства. Она состоит из атомов, соединенных химическими связями, образуя уникальные структуры, определяющие свойства и поведение вещества.
") в окружающей ткани или же его влияние осуществляется главным образом посредством точечной передачи между отдельными клетками. Новые расчеты убедительно свидетельствуют в пользу второго варианта, показывая, что именно локальная высокоточная передача обеспечивает наиболее реалистичное [поведение](https://hanga.su/glossary/behavior "Поведение – это способ, с помощью которого живые организмы адаптируются к окружающей среде, взаимодействуют друг с другом и реагируют на внешние стимулы. От элементарных движений клеток до сложных социальных структур у животных – каждый аспект поведения раскрывает удивительные механизмы выживания и адаптации.
") нейронной сети. Не менее интересными оказались результаты исследования дофаминовой системы. Хотя дофамин традиционно связывают прежде всего с центрами удовольствия, мотивацией и двигательным контролем, моделирование показало, что он оказывает значительно более широкое влияние на деятельность [сенсорной](https://hanga.su/glossary/sensory "Сенсорная система человека — это сложная сеть органов чувств и нервных структур, которые преобразуют сигналы из окружающей среды в электрические импульсы, понятные мозгу. Именно благодаря сенсорным процессам мы видим, слышим, ощущаем запахи, вкус и прикосновения, а также воспринимаем положение собственного тела в пространстве.
") коры. Активация дофаминовых волокон также подавляет медленные мозговые колебания, способствуя переходу нервной системы в более активное и менее синхронизированное состояние. Особенность дофаминовой системы заключается в том, что ее волокна охватывают практически все слои коры головного мозга и взаимодействуют как с возбуждающими, так и с тормозными нейронами. Благодаря этому дофамин способен регулировать общий баланс активности целых нейронных сетей, изменяя эффективность обработки информации. Еще более неожиданными оказались результаты, связанные с серотонином. Помимо способности подавлять медленные ритмы, этот нейромодулятор вызывал появление более быстрых тета-колебаний. Такие ритмы давно связывают с процессами обучения, пространственной навигации, формирования памяти и обработки сенсорной информации. Авторы исследования предполагают, что именно этот ранее недооцененный механизм может частично объяснять особенности действия современных антидепрессантов, влияющих на серотонинергическую систему. Хотя сами препараты имеют значительно более сложный механизм действия, новые данные позволяют по-новому взглянуть на роль серотонина в перестройке работы нейронных сетей. Полученные результаты имеют большое значение не только для фундаментальной науки, но и для клинической медицины. Нарушения работы ацетилхолиновой, дофаминовой и серотониновой систем лежат в основе многих тяжелых неврологических и психических заболеваний. Дефицит ацетилхолина считается одним из ключевых механизмов развития болезни Альцгеймера, снижение уровня дофамина вызывает характерные симптомы болезни Паркинсона, а изменения серотонинергической передачи тесно связаны с депрессией, тревожными расстройствами и рядом других психических нарушений. Более точное понимание того, как именно эти химические системы воздействуют на отдельные [нейроны](https://hanga.su/glossary/neurons "Нейроны — это специализированные клетки нервной системы, которые обеспечивают передачу, обработку и хранение информации. Они играют ключевую роль в работе мозга, управляя всеми функциями организма — от движения и восприятия до эмоций и когнитивной активности.
") и целые сети, может помочь в разработке новых поколений лекарственных препаратов. Вместо общего изменения концентрации нейромедиаторов в мозге будущие методы [терапии](https://hanga.su/glossary/therapy "Терапия — это область медицины, направленная на диагностику, лечение и профилактику внутренних (соматических) заболеваний. В отличие от хирургии, терапия использует преимущественно консервативные методы: лекарственные препараты, физиотерапию, диету, психотерапию и другие нехирургические подходы.
") смогут точнее воздействовать на конкретные механизмы работы нейронных цепей, снижая вероятность побочных эффектов и повышая эффективность лечения. Не менее перспективным выглядит применение результатов исследования в области искусственного [интеллекта](https://hanga.su/glossary/intelligence "Интеллект — это совокупность познавательных способностей, позволяющих человеку или другой интеллектуальной системе воспринимать информацию, анализировать её, делать выводы, решать задачи, обучаться на опыте и адаптироваться к новым условиям. В современной науке интеллект рассматривается как сложное свойство, включающее память, внимание, мышление, способность к обучению, логическое рассуждение, планирование и принятие решений.
"). Современные нейросетевые [алгоритмы](https://hanga.su/glossary/algorithm "Алгоритм — это четко определенная последовательность действий, направленная на решение определенной задачи или достижение конкретного результата. В науке, математике и компьютерных технологиях алгоритмы являются основой для автоматизации, анализа данных и разработки искусственного интеллекта.
") пока значительно уступают человеческому мозгу в способности быстро адаптироваться к изменяющимся условиям и гибко перераспределять вычислительные ресурсы. Биологические принципы нейромодуляции могут стать основой для создания нового поколения нейроморфных вычислительных систем, способных динамически изменять собственную архитектуру и режим работы в зависимости от поступающей информации. Особую ценность работе придает политика открытой науки. Авторы сделали свободно доступными не только полученные экспериментальные данные, но и всю биофизическую модель коры головного мозга. Это позволит исследовательским группам по всему миру использовать результаты в собственных проектах, проверять новые гипотезы и совершенствовать модели функционирования мозга. Исследование демонстрирует, насколько тесно сегодня переплетаются нейробиология, вычислительная математика, искусственный [интеллект](https://hanga.su/glossary/intelligence "Интеллект — это совокупность познавательных способностей, позволяющих человеку или другой интеллектуальной системе воспринимать информацию, анализировать её, делать выводы, решать задачи, обучаться на опыте и адаптироваться к новым условиям. В современной науке интеллект рассматривается как сложное свойство, включающее память, внимание, мышление, способность к обучению, логическое рассуждение, планирование и принятие решений.
") и современные технологии моделирования. Создание цифровых моделей мозга постепенно превращается в один из важнейших инструментов изучения сознания и высших функций нервной системы. Благодаря подобным работам ученые получают возможность наблюдать процессы, которые невозможно увидеть даже с помощью самых современных методов нейровизуализации, а значит, становятся на шаг ближе к пониманию фундаментальных механизмов работы человеческого мозга. **Ссылка:** «Количественная [анатомия](https://hanga.su/glossary/anatomy "Анатомия — это раздел биологии и медицины, изучающий внутреннее и внешнее строение организмов, в первую очередь человека. Она лежит в основе всех клинических дисциплин, поскольку без знания анатомической структуры невозможно точно диагностировать заболевания или проводить хирургические вмешательства.
") и биофизическое моделирование восходящих нейромодуляторных систем в развивающейся неокортексе крысы» [ DOI: 10.1371/journal.pcbi.1014460.](https://dx.doi.org/10.1371/journal.pcbi.1014460 "DOI: 10.1371/journal.pcbi.1014460") - [ Нейронные сети ](https://hanga.su/neural-networks) - [ Медицина ](https://hanga.su/medicine) - [ Здоровье ](https://hanga.su/health) - [ Биология ](https://hanga.su/biology) - [ Генетика ](https://hanga.su/genetics) - [ Фармакология ](https://hanga.su/pharmacology) - Понравилось: 18 - Похожие материалы: [Как мозг компенсирует недосып: ученые раскрыли нейронный механизм восстановления сна](https://hanga.su/909,2025) | [Как недостаток сна открывает дверь навязчивым воспоминаниям: новая роль сна в психическом здоровье](https://hanga.su/516,2025) | [Переключатель тревожности в мозге: ученые нашли путь к безопасному снижению стресса](https://hanga.su/660,2025) | [Рабочие привычки и проблемы со сном: как сидячая работа и нестабильный график вредят здоровью](https://hanga.su/501,2025) | [Случайные звуки во время сна могут ухудшать память: ученые выяснили, почему это происходит](https://hanga.su/2208,2026) | [Ученые выяснили, что мозг под наркозом может находиться в состоянии между сном и комой](https://hanga.su/1817,2026) Загрузка следующей статьи...