У нейронов нашли новые сигналы

Некоторые нейроны человеческого мозга реагируют на входящий импульс тем слабее, чем сильнее на них действуешь.

Нейрон состоит из тела (или сомы) и отростков – аксона и нескольких дендритов. Аксон – отросток передающий, через него импульс идет от тела клетки к другому нейрону. Дендриты – отростки принимающие, они собирают импульсы от других нейронов и передают телу (хотя в действительности некоторые дендриты проводят сигнал в двух направлениях, к телу и от тела нейрона). Причём один-единственный дендрит принимает сигналы от множества нейронов, от сотен до тысяч.

В месте контакта между клеткой-передатчиком и клеткой-приёмником формируется синапс – особая структура как раз для передачи электрического импульса. Когда к синапсу подходит импульс, нейрон-передатчик выпускает из себя нейромедиатор, нейрон-приёмник этот нейромедиатор ловит. Молекулы нейромедиатора влияют не работу ионных каналов и насосов в клеточной мембране, так что в результате ионы перегруппировываются по обе стороны мембраны.

Если такая перегруппировка оказалась достаточно масштабной, если электрическое напряжение изменилось достаточно сильно, возникает потенциал действия – то и в соседнем участке мембраны ионы тоже начинают перемещаться в нейрон и из нейрона, и этот процесс распространяется по всему принимающему дендриту к телу нейрона и дальше, по аксону к следующей нервной клетке.

Каждый дендрит, как было сказано, собирает сигналы от множества нейронов, но приходящие сигналы не обязательно настолько сильны, чтобы запустить потенциал действия в принимающем дендрите. Кроме того, есть сигналы возбуждающие, а есть тормозящие, когда передающий нейрон заставляет принимающий успокоиться. Считается, что дендрит просто суммирует сигналы, и когда возбуждение преобладает над торможением и превосходит некое пороговое значение, в принимающем дендрите возникает свой сигнал.

Но картина на самом деле может быть намного сложнее. Исследователи из берлинского Университета Гумбольдта и других научных центров Германии и Греции экспериментировали с нейронами одного из слоев коры человеческого мозга. Нейроны, извлечённые из мозга, долго не живут, и чаще нейробиологи работают с нейронами грызунов, поскольку их проще достать.

На этот раз клетки брали у пациентов, которым делали операцию на мозге из-за эпилепсии; в нейрон в разных его местах вводили ионы и наблюдали, как меняется его электрическая активность. Потенциал действия у нейрона может спровоцировать перегруппировка ионов натрия, и тогда сигнал будет очень коротким, порядка миллисекунды; или же потенциал действия может возникнуть благодаря ионам кальция, и тогда сигнал окажется более долгим, в 50–100 раз дольше натриевого – так, во всяком случае, происходит в нейронах мозга грызунов.

Но, как говорится в статье в Science, у нейронов одного из слоёв коры человеческого мозга сигнал вёл себя как нечто среднее между натриевым и кальциевым. Исследователи меняли концентрацию кальция, но импульсы были «по-натриевому» короткие и шли серией, притом ионы натрия никакой роли здесь не играли. Более того, свойства нейронов оказались таковы, что наибольшая амплитуда сигнала была в том случае, если принятый сигнал только-только преодолевал пороговое значение; если же на нейрон действовали более сильным стимулом, то амплитуда его собственного импульса начинала падать.

Это отличается от обычного представления, что нейроны отвечают на входящие импульсы по принципу «всё или ничего» (то есть что нейрон либо срабатывает, либо нет, в зависимости от того, превысил ли сигнал «на входе» пороговое значение), и даёт возможность анализировать входящие импульсы на уровне дендрита. Значит, «вычислительной» единицей будет уже не группа нейронов, а один нейрон.

Возможно, что эти новые импульсы и сопутствующие им вычислительные способности есть свойство клеток только человеческого мозга и только одного слоя коры. С другой стороны, возможно, что такие нейроны есть и у животных, просто до сих пор их не замечали. Также нужно учесть, что поведение этих нейронов в мозге моделировали компьютерными методами на основе тех данных, которые удалось получить в опытах с отдельными клетками – чтобы проверить, соответствует ли модель настоящему мозгу человека, нужны другие исследования.

Это не первая работа, в которой говорится, что нейронные отростки обладают определённой самостоятельностью и могут обрабатывать информацию. Мы как-то писали, что запоминание информации зависит от того, совпадает ли активность тела клетки и ее дендритов, и что дендриты нейронов оказываются в несколько раз более активными, чем их тела, и такая дополнительная активность зависит от параметров мембраны, которые меняются в довольно широких пределах. Всё это добавляет мозгу возможностей в кодировании информации, а нас заставляет иначе взглянуть на значение отдельных нейронов.