Неповторимые нейроны: Не баг, а фича

Митральные клетки получают одиночный сигнал (белая полоса слева) и разделяют его на несколько – их работу можно представить себе, как призму, расщепляющую белый луч на составляющие. Рисунок Кришнана Падманабхана (Krishnan Padmanabhan), одного из авторов исследования

«По-моему, на интуитивном уровне нейрофизиологи давно осознали тот факт, что между нейронами существуют большие различия, но всерьез этот вопрос не рассматривали, поскольку не считали его чем-то важным, - говорит профессор Натан Урбан (Nathan Urban), - Мы хотели бы переосмыслить этот момент. Мы сочли, что эти различия важны, возможно, они имеют какое-то физиологическое значение».

По современным оценкам, только мозг человека содержит порядка 100 млрд нейронов, которые можно разбить на несколько различных типов. Представители каждого из них структурно близки и, группируясь, обычно выполняют одни и те же функции. Каждый из них реагирует сигналом в ответ на поступающий сигнал. Прочие различия между ними обычно отбрасываются, как несущественные.

«Если речь идет об обработке сигнала в компьютере, мелкие различия между одинаковыми компонентами имеет самые негативные последствия, - продолжает Натан Урбан, - Но мозг, будучи “самым сложным компьютером”, напротив, способен использовать неизбежные различия между своими сложными, живыми компонентами, с тем, чтобы работать еще эффективнее».

Профессор Урбан и его команда провели исследование этого вопроса, отслеживая реакцию отдельных нейронов на комплексный входящий сигнал. Основным объектом для ученых служили митральные клетки, возбуждающие нейроны, получающие сигналы от рецепторов (например, от обонятельной луковицы) и после первичной обработки передающие их дальше по цепочке. Ученые помещали в такую клетку миниатюрные электроды и ими подавали на нее нужный сигнал, контролируя его компьютером и отслеживая реакцию отдельного нейрона.

Выяснилось, что из десятков изученных ими клеток не было ни одной, которая бы реагировала одинаково. Это само по себе удивительно: получается, что на один и тот же входной стимул нейроны создают разные реакции. Может быть, лишь работая в группе, они «по кусочкам» воссоздают адекватную исходную картину, будто складывая фрагменты мозаики?

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи усложнили задачу, каждый раз определяя ту характеристику исходного сигнала, которая вызывала реакцию нейрона. И действительно, показано, что одни нейроны сильнее реагируют на резкое изменение входного стимула, другие – на медленное, третьи – на периодический его характер. С помощью математических алгоритмов объединив информацию из разных разновидностей клеток, ученые сравнили с той, что можно было бы получить от аналогичной группы совершенно идентичных нейронов. Оказалось, что, в самом деле, такая гетерогенная группа нейронов создает сигнал вдвое более насыщенный информацией, чем гомогенная.

Как говорят программисты, «это не баг, это фича», или, по словам того же профессора Урбана, «индивидуальные различия между нейронами – это положительное качество». Группа, в которую входят слегка отличные по характеристикам клетки, оказывается эффективней, как в футболе, где каждый – и вратарь, и полузащитник, и нападающий – имеет свою индивидуальную задачу в общей командной игре.

По мнению ученых, эти индивидуальные различия между нейронами могут играть важную роль и в развитии всевозможных расстройствах, от эпилепсии до шизофрении, которые, как уже показано давно, проявляются в «рассинхронизации» работы нейронных цепочек. Кстати, о некоторых аспектах развития шизофрении мы писали в заметке «Массовые мутации».

По публикации PhysOrg.Com