Ученые обнаружили новую форму «клеточного общения» — Naked Science
9 минут
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.
7 часов назад
4 минуты
Сергей Васильев

Черная звезда Уникорн находится в 1500 световых годах и имеет массу около трех масс Солнца.

Вчера, 16:44
7 минут
Василий Парфенов

Глава государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос» поделился с журналистами некоторыми деталями о проекте национальной космической орбитальной станции. Кроме того, Дмитрий Рогозин сообщил, что с партнерами по Международной космической станции (МКС) начались переговоры о судьбе российского сегмента.

4 часа назад
14 минут
Василий Парфенов

Огневые испытания уже 15-го номерного прототипа многоразовой космической системы Starship изначально были запланированы на прошлые выходные, а полет на высоту в 10 километров — на 20 апреля. Но ни то, ни другое мероприятие так и не состоялось, несмотря на многократно анонсированные перекрытия дорог около деревеньки Бока-Чика (с недавних пор также известной как Starbase) и разрешение регуляторных органов (FAA). Задержка составляет уже около недели, новая дата прожига двигателей назначена на пятницу. А пока разбираемся, что там в Техасе у SpaceX с этим проектом происходит и стоит ли переживать (или злорадствовать, кому что ближе) из-за очередных переносов.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

15 апреля
14 минут
Василий Парфенов

Новое масштабное журналистское расследование собрало воедино самые вопиющие факты коррупции, махинаций с официальной статистикой и игнорирования пандемии на государственном уровне.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[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?
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: