Межнейронная «телепатия» или артефакт эксперимента?

В относительно недавнем (январь 2019 года, первая публикация статьи — октябрь 2018) выпуске The Journal of Physiology сообщается об удивительном феномене: авторам статьи удалось наблюдать передачу электрического сигнала между нейронами в отсутствие синапсов – как химических, так и электрических. Объяснить это можно только воздействием эндогенных электрических полей, возникающих в головном мозге. Ну или артефактом эксперимента.

Credit: Stockvault

Принято считать, что существует два способа передачи сигнала между нейронами: через электрические синапсы (непосредственно от клетки к клетке) и через химические синапсы (один нейрон выделяет молекулы особого вещества-посредника – нейромедиатора, который и «передаёт» сигнал второму нейрону). Прохождение сигнала через нейрон вызывает резкое повышение его мембранного потенциала – так называемый потенциал действия, или, как его нередко называют в англоязычной среде, спайк (spike).

Впрочем, давно было известно, что в коре головного мозга и гиппокампе во время медленного сна между нейронами циркулируют слабые периодические электрические разряды с частотой менее 1 Гц. Эти медленные волны могут распространяться со скоростью 0,1 м/с (для сравнения, потенциал действия распространяется по миелинизированному нервному волокну со скоростью до 100 м/c) и находятся под влиянием внешних электрических полей, однако было принято считать, что они слишком слабы для того, чтобы оказывать какое-либо влияние на активность нейронов. Утверждалось, что одного лишь взаимодействия электрических полей и наведения заряда недостаточно, чтобы активировать нейрон и запустить потенциал действия.

Однако, в этой статье описан пока что совершенно непонятный и удивительный феномен: доказано, что электрический сигнал действительно может «перескакивать» между нейронами, не проходя при ни через какие контакты. Более того, на такую «бесконтактную» передачу можно воздействовать при помощи внешнего источника электрического поля, по силе сопоставимого со слабыми эндогенными полями.

Как был организован эксперимент? Во-первых, подчеркнем, что исследователи работали с мозгом мышей. А точнее, с гиппокампом. А точнее, с его срезом. Экспериментальных мышей усыпляли при помощи изофлурана, затем «проводили эвтаназию посредством декапитации», а по сути – отрезали голову, оперативно вскрывали череп, извлекали мозг, из него извлекали гиппокамп и делали срез, с которым экспериментировали. Медленные волны в срезах исследователи умеют искусственно вызывать еще с 2000 года (любопытствующих отошлем к статье Марии Санчес-Вивес в Nature Neuroscience).

Итак, срез недавно умершего мозга был получен и в нем вызывалась медленная активность при помощи помещения его в искусственную цереброспинальную жидкость, содержащую ионы кальция и магния. Сначала авторы просто регистрировали распространение активности, а затем полностью перерезали срез пополам, постепенно раздвигая разрез. Сигнал все равно распространялся. Только раздвинув части на 400 микрон друг от  друга, распространение сигнала удалось прервать.

Схема эксперимента

Ученые сделали смелое предположение, что периодические сигналы могут циркулировать между нейронами под действием слабых внутренних электрических полей. Это подтвердила и компьютерная симуляция нейрональной электрической сети гиппокампа. Исходя из наблюдаемых эффектов, авторы предполагают, что медленные волны распространяются по мозгу именно по эфаптическому механизму, а не по синаптическому. Так ли это, или учёные имели дело с любопытным артефактом, покажут дальнейшие исследования: такие громкие открытия должны быть независимо подтверждены другими группами.

Текст: Елизавета Минина

Slow periodic activity in the longitudinal hippocampal slice can self‐propagate non‐synaptically by a mechanism consistent with ephaptic coupling by Chia‐Chu Chiang  Rajat S. Shivacharan  Xile Wei Luis E. Gonzalez‐Reyes  Dominique M. Durand in The Journal of Physiology. Published October 2018

https://doi.org/10.1113/JP276904