Мозг людей и кошек оказался схож по одному из типов нейронов

Если вы когда-нибудь изучали строение нейрона, то вы, конечно, знаете, что типичный нейрон состоит из тела клетки – сомы, дендритов и одного аксона. Но знали ли вы, что аксоны могут выходить не только из сомы, но также и из дендритов? Группа ученых из Рурского университета в Бохумев Германии обнаружили некоторые различия в архитектуре нейронов у приматов и неприматов, а именно различия в происхождении аксона, который отвечает за проведение возбуждения и информации от тела нейрона к другому нейрону или же от нейрона к исполнительному органу. Результаты исследования опубликованы в журнале eLife.

AcD нейрон взрослой макаки. Credit: Рурский университет в Бохуме

Общепринятое понимание работы нейрона заключается в том, что входные сигналы принимаются дендритами, интегрируются в соме и при достижении достаточного порога передают сигнал дальше с помощью аксона. Но последнее не обязательно всегда имеет место быть. Иногда аксоны могут происходить из дендритов. Термин «несущие аксон дендриты» (axon carrying dendrite, AcD) существует для описания этой функции. Например, в гиппокампе грызунов присутствуют такие нейроны AcD для того, чтобы обходить соматическую интеграцию и приводить к немедленному запуску потенциала действия в аксоне. 

В новом исследовании сообщается о разнообразии происхождения аксонов в пирамидальных нейронах неокортекса у грызунов, копытных, плотоядных и приматов. Пирамидальные нейроны – одни из самых крупных нейронов нервной системы, поэтому наиболее изученные, так как их размеры позволяют воздействовать на них с помощью специальных электродов без разрушения клетки. Эти нейроны имеют развитую систему дендритов, а также аксон, который в некоторых случаях становится источником входящего или исходящего сигнала. 

Доля аксонов, несущих дендритные нейроны (AcD) у разных видов. Цифры над столбцами представляют собой общее количество пирамидальных нейронов, оцененных для каждого вида/класса клеток для этого графика. Цифры в столбцах обозначают количество особей. Credit: doi: 10.7554/eLife.76101 

В новом исследовании обнаружено, что у млекопитающих, неприматов, 10-21% серого вещества (а именно пирамидальных клеток II–VI слоев) имеет AcD нейроны. У обезьян и у людей этот процент в сером веществе оказался ниже, однако процент AcD в белом веществе у взрослого человека (и, неожиданно, у котенка – 43,1 %) оказался довольно высоким. У людей самый высокий процент AcD наблюдался в белом веществе извилин слуховой коры (8,86%). Также выяснилось, что у взрослых людей и кошек не только пирамидальные нейроны могут иметь AcD, но также и интернейроны. 

Таким образом, ученые наблюдали существенную видовую разницу в доле пирамидальных клеток AcD, которые чаще встречались у неприматов. Внутри видов также обнаружились различия: пирамидальные клетки AcD редко встречаются в надгранулярных слоях приматов и чаще встречаются в глубоких слоях и в нейронах белого вещества. Интернейроны в коре головного мозга человека и котят представлены типоспецифическими пропорциями AcD, которые могут быть намного выше, чем у пирамидальных нейронов. Результаты исследования представляют потенциальный интерес для широкого круга нейробиологов, занимающихся структурой и функциями мозга, а также его вычислительными моделями.

Предположения о том, что сигналы могут миновать тело клетки и направляться сразу аксону уже выдвигались и ранее, однако пока все еще мало что известно о функциях  таких AcD нейронов. Обычно нейрон интегрирует сигналы возбуждения, поступающие на дендриты, с сигналами торможения – этот процесс называется соматодендритной интеграцией. Далее нейрон решает, достаточно ли сильны и важны входящие сигналы, чтобы их можно было передать через потенциалы действия другим нейронам и областям мозга.

Таким образом, AcD нейроны оказываются в привилегированном положении, поскольку деполяризующие входы в их дендриты способны напрямую вызывать потенциалы действия без участия соматической интеграции и соматического торможения. Почему возникла эта разница между видами и какое потенциальное преимущество она может иметь для обработки информации в неокортексе приматов, еще только предстоит выяснить.

Текст: Виктория Киричок

Neocortical pyramidal neurons with axons emerging from dendrites are frequent in non-primates, but rare in monkey and human by Petra Wahle et al in eLife. Published June 2022. https://elifesciences.org/articles/76101