Синхронізація (нейробіологія)
З Вікіпедії, безкоштовно encyclopedia
У нейробіології, синхронізацією (від грец. συνχρόνος — одночасний) називають динамічний режим, який характеризується періодичною одночасною активацією певної популяції нейронів, або синхронізацію між локальними коливаннями двох або декількох популяцій нейронів.
Синхронізована активність у великих популяціях нейронів є головним механізмом утворення макроколивань, або так званих ритмів у головному мозку. Відомо, що ритми грають важливу роль у процесах передачі та обробки інформації у центральній нервовій системі (сон, пам'ять, увага, просторова навігація тощо), проте загальної теорії щодо точного призначення та принципів роботи ритмів наразі немає.
З іншого боку, надмірна локальна синхронізація в деяких мережах має патологічні прояви, такі як тремор у хворобі Паркінсона, епілептичні напади, а також деякі розлади вищої мозкової функції (шизофренія, аутизм, тощо).
Важлива роль синхронізації у процесах обробки інформації в мозку робить її дуже привабливої темою досліджень у медичній та обчислювальній нейронауці. Методи математичного моделювання синхронізації (часто запозичені з фізики) у поєднанні з доступністю обчислювальних потужностей створюють сприятливі умови для прогресу у напрямку більш глибокого та різнобічного розуміння цього явища.
Внаслідок того, що термін «синхронізація» є досить поширеним та часто використовується у різних галузях науки, його точне визначення може сильно варіювати в залежності від конкретної сфери застосування. У біологічному контексті, зручно розрізняти два види синхронізації[1]:
- локальна синхронізація (синхронізація активності окремої популяції нейронів що призводить до утворення макроколивань і може стає помітною в сигналі ЕЕГ)
- фазова синхронізація (синхронізація фази макроколивань між віддаленими ділянками мозку або групами нейронів)
У всіх секціях цієї статті, за винятком секції «Математичне моделювання», будемо використовувати саме вищенаведене визначення терміну «фазова синхронізація».
З іншого боку, в детальному математичному моделюванні локальної синхронізації прийнято використовувати термін «фазова синхронізація» в більш абстрактному сенсі. А саме, два або декілька осциляторів фазово синхронізовані, якщо відповідність їх фаз не змінюється з часом[2], або, у найбільш загальному визначенні, залежить відповідно до якось функції. При чому амплітуди коливань вищезгаданих осциляторів не обов'язково повинні бути однакові. Такими осциляторами можуть моделюватися як індивідуальні нейрони, так і мережі або великі популяції нейронів. У секції «Математичне моделювання» описано декілька типів синхронізації.