Ученые обнаружили новую форму «клеточного общения» — Naked Science
06.01.2020
София Жаботинская
2

Ученые обнаружили новую форму «клеточного общения»

Свежеоткрытая уникальная форма обмена сообщениями между клетками человеческого мозга может означать, что он еще более производителен, чем считалось ранее.

Нервная система способна преподносить сюрпризы
Нервная система способна преподносить сюрпризы / © Discover Magazine

Международная команда ученых из Греции и Германии нашла в кортикальных клетках, располагающихся на поверхности коры головного мозга, механизм, который самостоятельно генерирует новый «градуированный» сигнал. Это может дать отдельным нейронам другой способ выполнять свои логические функции. Статья об этом опубликована в журнале Science.

Мозг нередко сравнивают с компьютером. Это очень грубая аналогия, но при описании того, как работает передача сигнала внутри мозга, она до известной степени имеет право на жизнь. И тот, и другой используют силу электрического напряжения для выполнения различных операций. 

В компьютерах это происходит более простым способом: поток электронов проходит через транзисторы, своего рода «пульты управления» током в цепи. В нейронах сигнал передается с помощью мембранных каналов, которые обмениваются ионами таких элементов, как натрий, хлор и калий. Этот импульс называется потенциалом действия. 

При активации от нейрона к его соседу через синапс идут ионы натрия: так происходит передача сигнала. Однако, как оказалось, у мозга еще есть сюрпризы для ученых. Исследователи проверили электрическую активность в образцах мозговой ткани, полученных при оперировании пациентов с эпилепсией. Анализируя структуру этих срезов с помощью флуоресцентной микроскопии, они увидели, что отдельные нейроны коры при активации обменивались ионами кальция.

Оказалось, таким образом запускаются ранее не регистрировавшиеся мозговые волны — опосредованные кальцием потенциалы дендритного действия (dCaAP). Чтобы убедиться, что это не погрешность при измерении, не случайность и не уникальная особенность тканей людей, больных эпилепсией, авторы статьи дважды проверили результаты на других тканях коры — срезах опухолей головного мозга.

Кроме того, использование блокатора натриевых каналов не приводило к полному прекращению обмена сигналами: окончательной «тишины в эфире» удавалось добиться только при блокировке и натрия, и кальция.

Что это означает? Если продолжать аналогию с компьютером, то вместо транзисторов мозг использует дендриты — ветвистые отростки нейронов. Чем более «развесист» дендрит, тем больше информации он может обработать. «Дендриты играют центральную роль в понимании мозга, так как лежат в основе того, что определяет вычислительную мощность отдельных нейронов», — объясняет нейробиолог Мэтью Ларкум. 

Дендриты — своего рода «светофор» на пути следования нервных импульсов. Если потенциал действия достаточно велик, происходит активация следующих нейронов, которые далее могут блокировать или передавать сообщение, а если нет — активация не происходит. Это логический фундамент работы нашего мозга: всплески напряжения обеспечивают передачу информации посредством логических команд типа AND (если инициируются и x, и y, сигнал передается) и OR (для передачи сигнала должен инициироваться x или y).

Вдобавок к логическим функциям типа И/ИЛИ эти нейроны могут генерировать логические команды типа XOR («исключающие ИЛИ»), которые дают возможность одному сигналу пойти дальше по цепочке нейронов, если другой сигнал соответствует определенным условиям. «Ранее принято было считать, что XOR-операции требуют сетевых решений», — объясняют ученые.

Чтобы убедиться в том, что нейроны действительно ведут себя именно так, исследователи воспользовались методом фиксации потенциала, называемым соматодендритным патч-клэмпом. Он заключается в установлении тесного контакта отполированного стеклянного микроэлектрода с единичным нейроном (его дендритом) и отведении с него потенциала. Это позволило изучить ткани глубоких (второго и третьего) слоев коры. Именно здесь находится биологическая основа психических функций высокого порядка, которые связаны с ощущениями, мышлением и управлением движением. Устройство помогло увидеть потенциалы дендритов и записать сигналы, передаваемые отдельными нейронами при активации. 

Необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить, как dCaAP проявляют себя во всех нейронах и в живой системе в целом. Кроме того, еще не известно, уникальны ли такие сигналы для человека или они появились намного раньше на пути эволюции. 

В любом случае это открытие может принести массу пользы как применительно к вопросам изучения и лечения головного мозга, в том числе проблем высших функций, так и в качестве вдохновляющего примера для инженеров. Возможно, новые открытия конструктивных возможностей мозга помогут в работе над созданием новых устройств.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

Вчера, 09:16
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

31 июля
Ольга Иванова

Ученые выяснили, что хроническая боль может влиять не только на физическое состояние, но и на психику человека, определяя его чувства, мысли и убеждения.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

26 июля
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

-
0
+
Интерес не в том, как человек думает. 99% его мыслей - получение наслаждения от своего существования - еда, секс, никотин, алкоголь, сон, общение (и др.животные потребности)... Важно узнать, как человек создаёт новые мысли!
07.01.2020
-
0
+
Авторы статьи как будто очнулись от летаргического сна, в котором провели лет 100. Все, о чем они пишут про нейроны, ионы, синапсы и транзисторы уже давно изучено на гораздо более глубоком уровне, включая передачу информации нейромедиаторами в синапсах, а не просто ионами.
Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: