Считалось, что дендриты (ветвистые отростки нейрона) – это пассивные связующие головного мозга. Теперь ученые из UniversityofNorthCarolina доказали, что дендриты делают больше, чем просто передают информацию от одного нейрона к другому. Они активно обрабатывают информацию, умножая вычислительные способности головного мозга.
«И внезапно, выясняется, что обрабатывающие мощности мозга гораздо больше, чем мы первоначально думали,» - говорит SpencerSmith, PhD, ассистент профессора UNCSchoolofMedicine. Открытие его группы, опубликованное 27 октября в журнале Nature, может изменить мировоззрение учёных на незыблемые научные модели циркуляции нейронных связей, а также поможет исследователям лучше понять природу нейрогенных расстройств.
Аксоны расположены там, где нейрон генерирует наибольшую электрическую активность, но многие из молекул, поддерживающих электроактивность в аксонах присутствуют также и в дендритах.
Это - очень странно представление о том, что у нейрона есть место, где он генерирует наибольшую активность, учитывая сам механизм генерации, основанный на деполяризации всей его мембраны (которая есть - концентрационный гальванический элемент). И еще более странно, что есть некие молекулы, поддерживающие электроактивность в аксонах.
Ранее исследования на срезах головного мозга показывали, что дендриты могу использовать эти молекулы для генерирования электрической активности самостоятельно. дендриты и аксон - продолжение единой мембраны нейрона, а именно она и определяет в олюбом месте ее деполяризации начало активности. которая, как пород по бикфордов шнуру, распространяется на всю мембрану. Конечно, деполяризация может начаться в единственном дендрите, но затронет весь нейрон.
Например, может ли эта электроактивность в дендритах быть связана со зрительными раздражителями?
Ответ, который даёт группа Смита – да. Дендриты эффективно действуют как мини-нейронные компьютеры, сами активно обрабатывая входные сигналы нейрона. Как это "сами"? Откуда такая уверенность в их компьютерной самодостаточности для этого? Вообще зачем здесь словао "компьютер"?
Прямое доказательство этого потребовало несколько лет исследований, и географически растянулось на два континента. Исследование началось в лаборатории MichaelHausserв Университетском колледже в Лондоне, а завершилось когда SmithиIkukoSmith, PhD, DVMучредили собственную лабораторию на базеUniversityofNorthCarolina. При помощи микроэлектрода из стекла, заполненного физраствором, они подсоединились к дендритам нейронов в головном мозге мыши. Целью было «послушать» напрямую процесс электросигнала.
«Прикрепить пипетку к дендриту – технически очень сложно,» - говорит Smith. «Ни с какого направления невозможно подойти именно к дендриту. И ещё невозможно увидеть дендрит. Так что приходится действовать вслепую. Это как рыбачить, а видеть только след от проплывшей рыбы». И наживку не возьмёшь. «Приходится сначала действовать, а потом уже смотреть – попал ты в дендрит или нет, - продолжает Смит, - В большинстве случаев – нет».
Чтобы облегчить себе задачу, Смит сконструировал двух-фотонный микроскоп. Это - очень круто! :)
Как только маркер соединялся с дендритом. Группа Смита проводила запись электроактивности отдельных дендритов головного мозга мыши, находящейся в сознании (с применением анестезии). Когда мышам включались визуальные раздражители на экране, исследователи отмечали необычную картину электрических сигналов: всплески электроактивности в дендритах. Затем было вычеслено, что активность возникает избирательно, в зависимости от визуальных раздражителей, т.е. типа на один дендрит сходится прямо таки множество рецепторных сигналов? О каком количестве синапсов на этом дендрите идет речь?.. что доказывает, что дендриты обрабатывали информацию о том, что конкретно видят мыши.
Чтобы предоставить визуальное доказательство своему открытию, группа исследователей заполнила нейроны красителем кальция, что предоставило оптическую индикацию электровсплеска. Выяснилось, что дендриты проявляют активность в то время как другие части нейрона нет, это означает, что всплески – это результат локальной обработки информации внутри дендрита.
это - локальная недополяризация всей мембраны нейрона вследствие различий градиента деполяризующего потенциала на мембране: участок мембраны на одном из дендритов деполяридуется, но далее - притормаживаются влиянием других дендритов (и участков тела нейрона). Общего потенциала не хватает и волна деполяризации затухает. Только и всего. Да и вообще, какой смысл что-то детектировать на уровне одного дендрита, если дальше ничего не идет? Что делает с этим локальный дендрит?
Соисследователь TiagoBranco, PhD, сконструировал биофизическую математическую модель нейрона и выявил, что известные механизмы действия могли бы стать объяснением пиков активности дендритов, если продолжить проверку интерпретации имеющихся данных.
«Все данные приводят к одним и тем же выводам», - говорит Smith, - «Дендриты – это не пассивные интеграторы сенсорно-управляемого перевода импульсов, их можно назвать и вычислительными устройствами».
Команда теперь готовится к исследовать, какую именно роль это новое открытие может играть в работе головного мозга, при, например таких синдромах как синдром Тимоти, при котором интеграция дендритных сигналов может иметь нарушения.
Примечания: источник на англ яз: http://neurosciencenews.com/electrophysiology-dendrites-computing-power-547/
Очень похоже на носителей Ценной Идеи, мучающей уже столько лет. Ну и статьи-то нужно же публиковать.