Учёные недавно обнаружили уникальную форму обмена сообщениями между клетками в человеческом мозге, которую не встречали ранее. Исследование с описанием открытия было опубликовано в журнале Science.
Открытие может свидетельствовать о том, что наш мозг может быть ещё более мощным вычислительным устройством, чем мы думали.
Ещё в 2020 году исследователи из институтов Германии и Греции сообщили о механизме в клетках внешней коры головного мозга, который самостоятельно производит новый «градуированный» сигнал, который может предоставить отдельным нейронам возможность выполнять свои логические функции по-другому.
Измеряя электрическую активность в участках ткани, удалённых во время операции у больных эпилепсией, и анализируя их структуру с помощью флуоресцентной микроскопии, неврологи обнаружили, что отдельные клетки коры головного мозга используют для активации не только ионы натрия (как обычно), но и ионы кальция.
Эта комбинация положительно заряженных ионов вызывает неизвестные ранее волны напряжения, называемые кальций-опосредованными дендритными потенциалами действия, или dCaAPs.
Мозг — особенно человеческий — часто сравнивают с компьютером. Аналогия, конечно, весьма ограниченная, но на некоторых уровнях они действительно выполняют задачи похожим образом. Оба используют электрическое напряжение для выполнения различных операций.
В компьютерах этим занимаются электроны, проходящие по транзисторам. В нейронах сигнал передаётся в виде волны открывающихся и закрывающихся каналов, которые обмениваются заряженными частицами, такими как натрий, хлор и калий. Этот импульс перетекающих ионов называется потенциалом действия.
Нейроны управляют этими сообщениями химическим путём на концах отростков, называемых дендритами. «Дендриты занимают центральное место в науке о мозге, потому что именно они определяют вычислительную мощность отдельных нейронов», — сказал Уолтеру Беквиту нейробиолог из Университета Гумбольдта Мэтью Ларкум на конференции Американской ассоциации содействия развитию науки в январе 2020 года.
Дендриты — это светофоры нашей нервной системы. Если потенциал действия достаточно значителен, он может быть передан другим нервам, которые могут заблокировать или передать сообщение.
Пульсации напряжения — логическая основа нашего мозга, и они могут передаваться коллективно в двух формах: либо это будет сообщение И (сообщение передаётся дальше, если срабатывают и x, и y), либо сообщение ИЛИ (сообщение передаётся дальше, если срабатывает или x, или y).
Пожалуй, сложнее всего устроена плотная, морщинистая внешняя часть центральной нервной системы человека — кора головного мозга. Глубокие второй и третий слои коры особенно толсты — они заполнены ответвлениями, выполняющими функции высокого порядка, которые мы связываем с ощущениями, мышлением и двигательным контролем.
Именно ткани из этих слоёв исследователи внимательно изучали. А чтобы убедиться, что все открытия не были уникальными для людей с эпилепсией, они перепроверили свои результаты на нескольких образцах, взятых из опухолей мозга.
Хотя команда проводила аналогичные эксперименты на крысах, сигналы, которые они наблюдали в клетках человека, были совсем другими. Более того, когда учёные ввели в клетки блокиратор натриевых каналов, тетродотоксин, они всё равно обнаружили сигнал. И только блокирование кальция приглушило активность.
