Мозгу еще есть что узнать о себе. Ученые из Исследовательского института Carilion Tech Carilion в Вирджинии сделали ключевой вывод о разительных различиях в том, как клетки мозга могут изменяться под воздействием опыта.
Их результаты были опубликованы на этой неделе в PLOS ONE.
"Нейроны могут претерпевать долгосрочные изменения в ответ на такой опыт, как обучение, эмоции или другая деятельность," сказал Майкл Фридлендер, исполнительный директор Исследовательского института карилиона штата Вирджиния. Фридлендер является соавтором статьи со своим бывшим аспирантом и докторантом Игнасио Саезом. "Нейробиологи сосредоточили большую часть своего внимания на понимании нейропластичности связей между нервными клетками, называемыми синапсами."
Синапсы, специализированные связи между нейронами, работают путем преобразования электрического сигнала от одного нейрона в химический сигнал для модификации принимающего нейрона. Химический сигнал запускает электрический сигнал в принимающем нейроне, и процесс продолжается.
Синапсы могут становиться сильнее или слабее, изменяя эффективность процесса химической коммуникации в ответ на повторяющиеся приступы совместной активации двух взаимосвязанных нейронов. Этот процесс, называемый синаптической пластичностью, может вызывать изменения, которые сохраняются вне периода совместной активации в течение нескольких минут в течение всей жизни.
Внешний опыт может быть интернализован как физическая реорганизация синаптического процесса коммуникации мозга. Это особенно важно во время развития мозга, но также и на протяжении всей жизни, поскольку такой опыт, как обучение, постоянно изменяет синаптические схемы мозга.
"До недавнего времени ученые полагали, что большинство синапсов аналогичного типа и в аналогичном месте мозга ведут себя аналогичным образом в отношении того, как опыт вызывает пластичность," Фридлендер сказал. "Однако в своей работе мы обнаружили резкие различия в реакции пластичности даже между соседними синапсами в ответ на идентичный опыт активности."
Фридлендер и Саез сообщили, что нейроны, возбуждающие синапсы которых находятся в определенных состояниях пластичности, на основе предыдущего опыта, разбиваются на группы, чтобы сходиться к конкретным отдельным нейронам в развивающемся мозге.
"Отдельные нейроны, синапсы которых, скорее всего, укрепятся в ответ на определенный опыт, с большей вероятностью будут подключаться к определенным партнерским нейронам, в то время как те, чьи синапсы ослабевают в ответ на аналогичный опыт, с большей вероятностью будут подключаться к другим партнерским нейронам," Фридлендер сказал. "Нейроны, чьи синапсы вообще не изменяются в ответ на тот же опыт, с большей вероятностью будут подключаться к другим нейронам-партнерам, образуя более стабильную, но непластичную сеть."
Исследователи наблюдали подобную синаптическую пластичную систему приятелей на модели грызунов, используя изолированную часть коры головного мозга, отвечающую за обработку зрения. Ученые записали электрическую активность отдельных нейронов после активации групп соседних нейронов. Затем они сравнили эту запись с электрической активностью, вызванной активацией только одного соседнего нейрона. Синапсы были обучены повторением процесса активации, чтобы имитировать обучение.
Когда ученые применили фармакологический агент к нейронам, блокирующим синаптическое торможение, они увидели, что тренировка вызывает более драматичную и разнообразную пластичность возбуждающих синапсов. Реакции пластичности различных групп синапсов на данном нейроне были более похожими, когда ингибирование было заблокировано, что эффективно сгруппировало нейроны однотипного типа по их реакциям обучения.
"Хотя мы уже много лет знаем, что нейроны схожих типов имеют тенденцию к обширному соединению, это первая демонстрация того, что такие процессы сортировки применимы к синаптической пластичности," Фридлендер сказал. "Такой результат имеет значение для усовершенствованных парадигм обучения, а также для лучшего понимания динамических сетевых свойств крупномасштабных нейронных сетей в живом мозге."