Схема эксперимента. Буквами обозначены ответы нейрона на вертикальную (а) и горизонтальную (б) движущиеся полосы, а также ответ нейрона, вырабатывающего светочувствительный белок канальный родопсин, на освещение синим светом через оптоволокно (в).
Российские и зарубежные учёные впервые смогли на долгое время изменить характер работы одиночного нейрона в той части мозга мыши, которая отвечает за обработку зрительных сигналов. Этот эксперимент подтвердил общепринятые представления о пластичности нервной системы, сообщила пресс-служба РНФ. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biochemical and Biophysical Research Communication.
«Мы показали, что, искусственно активируя единичный нейрон, можно изменить его ответ на зрительный стимул. Это доказывает, что нейроны изменяют свои свойства, например, при обучении и создании новых связей между клетками в процессе запоминания информации», — пояснил директор Института высшей нервной деятельности РАН (Москва) Алексей Малышев.
В отличие от полупроводниковых вычислительных машин, нейроны могут одновременно хранить информацию и обрабатывать её, воспринимая множество разнородных аналоговых сигналов. Нервные клетки способны сложным образом суммировать их, а также менять свою чувствительность к отдельным импульсам, по-разному реагируя на те или другие стимулы.
Ключевую роль в этих процессах, как сейчас предполагают учёные, играет так называемый феномен пластичности, способность нейронов менять характер работы синапсов, нервных окончаний, соединяющих их с другими клетками мозга. Нейрофизиологов давно интересует то, как функционирует пластичность и каким образом её можно подавить или усилить, что необходимо для лечения большого числа болезней.
Исследователи провели опыты на мышах, чей геном был модифицирован таким образом, что некоторые их нервные клетки можно было принудительно активировать при помощи вспышек красного света. Учёные воспользовались этой особенностью грызунов для изучения того, как принудительное включение нейронов в процессе работы мозга будет влиять на работу их синапсов и характер связей с соседними клетками.
Для этого исследователи ввели в зрительную кору грызунов сверхтонкое оптическое волокно, которое было расположено внутри мозга таким образом, что оно стимулировало работу только одной нервной клетки. Эта клетка, как и её соседи, отвечает за распознавание различных объектов, воспринимаемых глазами животного, в результате чего её уровень активности зависит от того, что в данный момент видит мышь.
В ходе последующих экспериментов учёные стимулировали нейрон при помощи вспышек света и одновременно показывали мыши движущиеся изображения вертикальных и горизонтальных полос. Наблюдения за активностью нейронов коры показали, что у каждой клетки были свои «предпочтения» к картинкам: на один тип полос они реагировали сильнее, чем на другой.
При этом учёные обнаружили, что «предпочтения» изучаемого нейрона и характер его взаимодействий с соседями менялся на длительное время, если они стимулировали активность нервной клетки в те моменты времени, когда на экран выводились менее предпочтительные картинки. Подобным образом можно манипулировать пластичностью и других нейронов, что открывает широкие возможности по изучению механизмов работы нервной системы, отмечают исследователи.
