Цивилизация
Ученые доказали, что для того, чтобы быть «услышанными» соседними нервными клетками, десяткам нейронов головного мозга приходится объединяться для коллективной работы, сообщается в статье, опубликованной в пятницу в журнале Science. Открытие этого явления может быть использовано для изучения и лечения психических расстройств у людей, а также для создания новых принципов коммуникации вычислительных машин.
«Применение теории инженерного дела для изучения мозга помогло нам узнать принципы взаимодействия нейронов друг с другом. С другой стороны, понимание уникальных механизмов работы мозга, отличных от работы компьютеров, может существенным образом затронуть сами принципы, которые используют инженеры в повседневной работе», — сказал Си Пин Ван, ведущий автор публикации.
В своей работе Ван и его коллеги использовали математический аппарат для построения модели работы так называемых «звездчатых клеток» головного мозга. Эти клетки управляют большой частью активности всего головного мозга, так как имеют звездчатую форму и обладают примерно 6 тысячами контактов с другими нервными клетками. Эти клетки также взаимодействуют и с нейронами особого отдела головного мозга, таламуса, который служит центром, в который стекаются потоки информации от всех органов чувств. Таламус, перерабатывая эту информацию, передает ее дальше через звездчатые клетки всем остальным отделам мозга.
Ученые обратили внимание на тот поразительный факт, что количество сигналов, приходящееся на звездчатые клетки со стороны нейронов таламуса, составляет всего 5%.
«Мы задались вопросом: как такое небольшое количество синапсов (соединений между нервными клетками таламуса и звездчатыми клетками) может иметь такое большое действие на всю работу мозга? Если бы определяющим фактором в этом было именно количество сигналов, передаваемых этими клетками друг другу в единицу времени, то сигналы таламуса были бы просто незаметны на фоне остальных 95% сигналов, поступающих в звездчатые нейроны от других клеток», - сказал профессор Терренс Сейновски, соавтор публикации.
С помощью своей модели работы звездчатых клеток, ученые показали, что решающим фактором в доставке нужного сигнала до них так, чтобы этот сигнал был услышан, распознан и передан дальше, является не общее количество нервных импульсов между этими клетками и клетками таламуса, а количество, приходящее в звездчатый нейрон в один и тот же момент времени. Иными словами, нейронам таламуса необходимо объединиться в группу из нескольких десятков и послать свои сигналы в звездчатые нейроны одновременно.
«Согласно нашей модели, необходима синхронная работа всего 30 синапсов звездчатых клеток из 6 тысяч для того, чтобы поступающий в них сигнал был надежно услышан и распознан», — сказал Ван.
Ученые надеются, что с помощью их работы в будущем станет возможным расшифровывать «послания» отделов головного мозга, которыми они обмениваются с помощью своего специфического языка.
