Ученые узнали, что в основе научения лежит умение нейронов выживать совместно

Исследование опубликовано в журнале Neuroscience & Biobehavioral Reviews. Сегодня в науке формируется тенденция рассматривать работу нейронов как проактивную, направленную в будущее. Этот подход, однако, еще не стал мейнстримом, и пока такие публикации в меньшинстве.

В статье Neuronal metabolism in learning and memory: The anticipatory activity perspective профессор ВШЭ, заведующий лабораторией психофизиологии имени В. Б. Швыркова Института психологии РАН Юрий Александров и профессор департамента физиологии и биофизики Университета штата Нью-Йорк в Буффало Михаил Плетников утверждают: проактивность нейронов связана с тем, что они, как и все живые организмы, стремятся выжить.

В качестве пищи для нейронов выступают метаболиты, поступающие из окружающей среды (молекулы, необходимые для жизнедеятельности клетки). А в качестве действия нейрона, направленного на получение необходимых метаболитов, — импульсная активность нейронов. Нейрон не реагирует на поступающий сигнал, входную импульсацию, а своей активностью обеспечивает необходимый ему приток веществ, в том числе нейромедиаторов.

«Когда группы специализированных нейронов работают вместе, мы действуем и получаем поведенческий результат, а нейроны — свой микрорезультат: необходимые им метаболиты. Этот процесс может быть назван метаболической кооперацией клеток. В нее вступают не только нейроны, но и глиальные, соматические, железистые, мышечные и другие клетки в масштабах всего организма. Этот принцип работы клеток лежит в основе научения. По сути своей научение — это создание общих для организма (общеорганизменных) групп метаболически кооперирующих клеток, которые обеспечивают поведение человека», — рассказывает Юрий Александров.

Исследователи отмечают, что изучение молекулярных механизмов обучения и памяти долгое время было основано на парадигме «стимул — реакция». Согласно этому подходу, считалось, что организм человека реагирует на стимулы из внешней среды, и таким же образом действуют, реагируя на входную импульсацию, нейроны. Импульсация вызывает возбуждение разных участков мембраны нейрона, и нейрон дает или не дает реакцию — свой спайк (электрический разряд). Это зависит от того, достигло ли суммарное возбуждение определенной пороговой величины.

В 1930–1970-х годах советский физиолог Петр Анохин разработал теорию функциональных систем. В рамках этой теории он сформулировал представление об «интегративной деятельности нейрона», согласно которому, когда к нейрону приходит возбуждение, начинаются внутринейронные химические процессы, а не суммация локальных возбуждений на мембране. Результатом именно этих химических процессов является возникновение спайка.

Представление Анохина легло в основу дальнейшей разработки его учениками — Вячеславом Швырковым и его сотрудниками — системно-ориентированных подходов к исследованию нейронов. Однако и у Анохина сохранялось традиционное понимание последовательности процессов: сначала к нейрону приходит возбуждение, на которое тот, в свою очередь, реагирует.

«Важным этапом современных системных представлений о нейроне стали представления о том, что на первом месте во временной последовательности стоит не приход импульсации к нейрону, а его собственная, направленная в будущее активность. Нейрон сам обеспечивает приток к нему активности, а не реагирует на внешнее возбуждение», — отмечает Юрий Александров.

Авторы статьи сформулировали задачи будущих экспериментальных исследований для изучения механизмов общеорганизменной метаболической кооперации клеток как ключевой закономерности научения. По мнению исследователей, такой подход может стать прорывом в изучении поведения злокачественных клеток и разработке способов лечения рака.

«Злокачественные опухоли состоят из клеток, которые метаболически кооперируют не только со своим непосредственным окружением, но и с другими клетками организма. Мы собираемся экспериментально изучать клетки опухоли в ситуациях полярных типов поведения индивида, а именно направленных на достижение желаемого события или избегание нежелательного, опасного. Это позволит нам понять, как сказываются свойства разных общеорганизменных интеграций клеток на выживании клеток опухоли. Мы надеемся сформулировать подход к эффективному влиянию на опухолевые клетки через поведение человека», — рассказал Александров.  

НИУ ВШЭ

394 статей

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — один из крупнейших и самых востребованных вузов России. В университете учится 54 тысячи студентов и работает почти 4,5 тысячи учёных и преподавателей. НИУ ВШЭ ведёт фундаментальные и прикладные исследования в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также креативных индустрий. В университете действуют 47 центров превосходства, или международных лабораторий. Вышка объединяет ведущих мировых исследователей в области изучения мозга, нейротехнологий, биоинформатики и искусственного интеллекта. Университет входит в первую группу программы «Приоритет-2030» в направлении «Исследовательское лидерство». Кампусы НИУ ВШЭ расположены в четырех городах — Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Перми, а также в цифровом пространстве — «Вышка Онлайн».

Показать больше