Команда исследователей из нескольких стран через сравнение клеток Пуркинье человека и мыши постаралась продемонстрировать и объяснить некоторые отличия, которые, вероятно, играют ключевую роль в более совершенной обработке информации и когнитивных способностей человека. Подробности опубликованы в журнале Communications Biology.
Credit: Masoli et al. / Communication Biology 2024
Имеющиеся на данный момент знания о функциях нейронов почти полостью основаны на результатах экспериментов с грызунами. Однако человеческие нейроны, как стоит ожидать, имеют некоторые отличия от таковых у крыс или мышей. Изучение клеток Пуркинье человека – наиболее крупных и сложных нейронов мозга, располагающихся в мозжечке – показало, что эти клетки у человека имеют больше дендритных шипиков и их кластеров, веток, регионов. Их дендриты больше интегрируются и сильнее увеличиваются в количестве у людей по сравнению с грызунами. Тем не менее даже о клетках Пуркинье человека известно еще слишком мало.
Еще один популярный способ изучения нейронов – моделирование их структуры и функций. Таким способом для изучения человеческих клеток Пуркинье действовали исследователи из нескольких стран, объединившие свои усилия. С помощью морфологической реконструкции клеток Пуркинье человека и уникальных электрофизиологических записей, сделанных в свежих срезах послеоперационных образцов мозжечка, они создали биофизические модели этих клеток. Эти модели позволили предсказать электрофизиологическую реакцию человеческих клеток Пурькинье в условиях, которые в противном случае были бы непрактичны для экспериментальной оценки, оценки их дендритной сложности и вычислительной мощности.
Исследователи обнаружили, что структура и электрочувствительность клеток Пуркинье человека и мышей оказались одинаковыми, однако первые имели более крупные, длинные дендриты и более высокую их сложность (больше сегментов), что позволяет им создавать более сложные нейронные архитектуры и обрабатывать больше входных данных. Кроме того, человеческие клетки Пуркинье имеют большее количество дендритов, отходящих от тела нейрона, что позволяет очень эффективно разделять синаптические входы.
Морфологический рост клеток Пуркинье у человека не влияет ни на длину терминальных ветвей, ни на плотность шипиков, но изменяет количество дендритных стволов и разветвление, наличие которых имеет значение для улучшения связности волокон и долгосрочной синаптической пластичности.
Таким образом, клетки Пуркинье человека отличаются большей сложностью дендритов, что сказывается на вычислительной мощности, которая у человека оказывается больше, чем у грызунов. Авторы указывают на то, что большее количество вычислений связано с расширенными связями мозжечка, так как у человека мозжечково-кортикальные и кортико-мозжечковые пути связаны не только с сенсомоторной, но и с ассоциативной корой, на которую приходится более 80% этих путей.
Таким образом, клетки Пуркинье человека, как полагается, действуют как мультимодальный перцептрон, объединяющий широкий набор сигналов в сенсомоторной, когнитивной и эмоциональной областях и, таким образом, интегрирующий различные аспекты поведения.
Текст: Анна Удоратина
Human Purkinje cells outperform mouse Purkinje cells in dendritic complexity and computational capacity by Masoli et al., Communication Biology. Published January 2024.
