Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 165: новый тип сигнала между нейронами?

В нейронауках, как одной из самых динамично развивающихся областей знаний, постоянно происходят дополнения и уточнения того, что уже известно. Изменению подверглась даже, казалось бы, исследованная вдоль и поперек физиология потенциала действия (или нервного импульса) – фундаментальная часть работы нервной системы. В статье из журнала Science ученые рассказывают о новом, не классифицируемом ранее типе потенциала действия, который присущ дендритам слоя 2 и 3 (L2/3) пирамидных нейронов коры головного мозга человека.

 

Пирамидные нейроны руки Сантьяго Рамон-и-Кахаля. Credit: public domain


Электрические свойства дендритов фундаментальны для работы мозга. По многочисленным синапсам (межнейронным контактам) на них нервные клетки обмениваются информацией друг с другом в двустороннем порядке. Тем не менее, в основном, их работа изучалась лишь на грызунах, чей мозг все-таки существенно отличается от человеческого.

В ход этого исследования пошли ткани, которые удалили во время операций пациентов с медикаментозно устойчивой эпилепсией. Особенно интересовала ученых работа дендритов (коротких отростков нейронов) и формируемых на них связей с другими нервными клетками. Слоям 2 и 3 коры мозга уделили внимание потому, что именно там находятся большие и ветвистые пирамидные нейроны, имеющие большие «вычислительные мощности» и осуществляющие почти весь основной процесс обработки информации.

Удивительно, но погружение в кору мозга людей позволило обнаружить совершенно иной класс потенциалов действия – опосредованных кальцием потенциалов дендритного действия или dCaAP (чтобы понимать, о чем дальше будет идти речь, советуем прочитать статью о том, что такое потенциал действия).

В отличие от типичных потенциалов действия, генерируемых по механизму «все или ничего», dCaAP проявлялись иначе. Их амплитуда оставалась максимальной для стимулов порогового уровня (минимального необходимого, чтобы вызвать деполяризацию мембраны клетки), но была ниже для более сильных стимулов.

На изображении показана модель нейрона и участок раздражения дендрита с возбуждающими синапсами двух типов (AMPA и NMDA) и тормозными синапсами (GABA). На схеме справа – сила ответа на пороговые и надпороговые стимулы. Credit: Albert Gidon et al. / Science 2020


Это значит, что dCaAP позволяют отдельным человеческим пирамидным нейронам совершать сложный процесс – классифицировать линейно неразделимые входные данные. То есть реагировать на сигнал и генерировать ответ только в определенных случаях. Подобные вычисления обычно требуют, чтобы задействовались многослойные сети.

Вопрос теперь в том, как именно этот инструмент, заключенный в единственной нервной клетке, воплощает более «высокие» функции. И это, надеются авторы, выяснится в следующих работах.


Текст: Анна Хоружая

Dendritic action potentials and computation in human layer 2/3 cortical neurons by Albert Gidon, Timothy Adam Zolnik, Pawel Fidzinski et al. in Science, Jan 2020:Vol. 367, Issue 6473, pp. 83-87

DOI: 10.1126/science.aax6239

Как сделать «острее» потенциал действия?

Сотрудники ИВНД и НФ РАН совместно с коллегами из ИБХ РАН и Университета Сассекса выявили новый способ регуляции электрической активности нейронов с помощью располагающихся в…

Как увидеть потенциал действия на МРТ

Инженеры из Массачусетского технологического института создали малоинвазивный датчик для МРТ-исследований, который требует однократного вживления и реагирует на электрическую активность мозга, а также на люминесценцию веществ…

«Разделяй и властвуй»: как в мозге кодируются звуки

В эксперименте, посвященном тому, как мозг обезьян обрабатывает звук, команда нейробиологов и статистиков из Университета Дьюка обнаружила, что один нейрон может кодировать информацию о двух…

Гигантский аксон кальмара и его первооткрыватель (видео)

Мало какое животное сыграло такую важную роль в развитии нейробиологии, как кальмар. А точнее — гигантский аксон в его мантии, аксон нейрона, который отвечает (в том…

Картинка дня: «разрезатель времени», измеривший скорость нервного импульса

Credit: public domain Этот странный диск диаметром менее 20 сантиметров носит гордое название «дифференциальный реотом», сиречь «разрезатель времени».  Возраст его весьма почтенен: в 2018 году…

Комикс о путешествиях нейромедиаторов

Много лет в рунете работает портал «Биомолекула». И каждый год он проводит конкурс «био/мол/текст». И каждый год на конкурс  представляют несколько прекрасных работ по нейротематике. Сегодня мы вспоминаем…

Нейромолекулы: гамма-аминомасляная кислота или просто ГАМК

Работу нервной системы не представляется возможным описать в двух словах. Но если бы неведомая сила всё-таки принудила нас выразить так её сущность, то первым словом…

Нейрон — тоже клетка

То, что изображено на нашей сегодняшней картинке дня имеет всего-навсего пять микрон в поперечнике. На самом деле — это сечение аксона нейрона роговицы, которое заснято методом…

Нейронауки для всех. Двигатель жизни: сила покоя

Итак, когда мы с вами немного разобрались со строением нервной ткани и её основных единиц, давайте поговорим об одной из её основных функций — передаче…

Нейроперсоналии. Сэр Дуглас Эдриан: всё или ничего

Наш нынешний герой прожил длинную, интересную и упорную жизнь. Он сумел распространить один из главных физиологических принципов «всё или ничего» на нервные клетки, начал строить…