Ученые обнаружили новую форму «клеточного общения» — Naked Science
8 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.
Вчера, 10:13
4 минуты
Сергей Васильев

Астрономы сообщили об открытии OGLE-2016-BLG-1928 — самой маленькой из «планет-сирот», свободно летящих между звездами.

Вчера, 21:11
6 минут
Василий Парфенов

Британский мультимиллионер и экоактивист Дэйл Винс (Dale Vince) объявил, что его предприятие готово производить экологически чистые алмазы. Необходимая для этого энергия поступает от «зеленых» электростанций, а сырье — прямо из воздуха.

3 часа назад
3 минуты
Редакция

Дизайнерские усилия команды Carbogatto воплотились в H7 – электрическом велосипеде с рамой из углеродного волокна совершенно нового форм-фактора, которая и создает этот неповторимый силуэт.

27 октября
4 минуты
Денис Гордеев

Ученые пришли к выводу, что искусственные подсластители не могут быть здоровой заменой сладким напиткам.

26 октября
4 минуты
Денис Гордеев

Временные промежутки между посещениями дантиста могут составлять от трех месяцев до двух лет, в зависимости от индивидуальных факторов.

26 октября
7 минут
Василий Парфенов

Пусть романтика мирного атома с середины 1960-х поутихла, к идее использования ядерных реакторов в «гражданских» целях все равно возвращаются регулярно. Новый ядерный ракетный двигатель (ЯРД) позволит доставить человека на Марс гораздо быстрее, чем это возможно сейчас.

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

Пользователь
08.01.2020
-
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!
Mandibula Maxilla
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
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: