Опрокидывая очередную рюмку за праздничным столом, подумайте о том, сколько нейронов убьёт эта доза. Каждый из них очень важен мозгу. Оказывается, всего одного нейрона достаточно, чтобы принципиально изменить поведение и процесс обучения.
Эти данные, опубликованные в последнем выпуске Nature, несколько противоречат традиционным взглядам, согласно которым для формирования поведенческой реакции необходимы тысячи клеток серого вещества. Подобное открытие свидетельствует в пользу теории «рассеянных нейронных сетей», согласно которой возбуждение нескольких клеток способно привести к масштабному ответу.
Ученые из Медицинского института имени Говарда Хьюза в Вирджинии под руководством Карела Свободы и их коллеги из Берлинского университета имени Гумбольдта исследовали область мозга, воспринимающую сигнал от усов, столь важных для мелких грызунов. Эти клетки располагаются в соматочувствительной области, состоящей из двух миллионов нейронов. Каждому усу соответствует множество клеток, образующих бочкообразные по форме группы, что и дало этой области коры её название («сома» переводится с греческого как «тело»).
Ученые выбрали эти клетки не случайно – способность крыс ориентироваться с помощью усов поражает, при этом устройство корковых центров осязательной чувствительности гораздо проще зрительных. Как пояснил в Nature Михаэль Брехт, руководитель немецкой группы, в исследовании ученые использовали и слепых, и зрячих крыс, при этом в поведении и передвижении обеих групп практически нельзя было увидеть разницы. «Нам даже приходилось маркировать вольеры со слепыми крысами», — говорит Брехт.
И американские, и немецкие исследователи, проводившие эксперименты независимо, пользовались разными методами стимуляции отдельных нейронов. Группа Брехта использовала классические методы физиологии, разработанные еще 50 лет назад: они вживляли в неокортекс головного мозга крыс микроэлектроды, возбуждающие отдельные клетки.
электрический компонент возбуждения нервных и большинства мышечных клеток (волокон). Он возникает в ответ на достаточное по силе раздражение, это очень быстрый, кратковременный электрический процесс.
Прежде всего это электрический феномен, возникающий на плазматической мембране и в связи с ее активностью. Причиной развития потенциала действия является вызываемое электростимуляцией, точнее, критической, превосходящей определенный порог деполяризацией мембраны открытие потенциалозависимых каналов в мембране. При этом раздражающие подпороговые импульсы могут суммироваться на мембране, приводя к развитию потенциала действия.
Как показали исследования, это связано с открытием потенциалозависимых натриевых и калиевых каналов. Открытие потенциалозависимых каналов приводит к пассивному движению соответствующих ионов по их электрохимическим градиентам.
Потенциал действия обеспечивает такое важнейшее свойство нервных клеток как возбудимость.
Введены были три гена. Первый и основной позаимствовали у водоросли. Он кодирует белок цитоплазматического канала, который при раздражении светом начинает пропускать ионы как внутрь, так и из клетки, изменяя разность потенциалов на мембране и приводя к возбуждению последней.
общее название «транспортного средства» для целенаправленной доставки того или иного вещества, и не только гена, а любых, даже таких традиционных лекарств, как анальгин или аспирин. Лекарственный препарат, попадающий в организм, как правило, традиционным путем, действует почти на все клетки, а надо подействовать или на определенную группу клеток, или даже на участок генома, специфичный для определенной группы клеток. С другой стороны, транспортируемое вещество необходимо «защитить» от повреждений.
Для генной терапии векторы бывают либо синтетическими (основаны на полимерных материалах, например, липосомах), либо «натуральными», т.е. природного происхождения (вирусы или плазмиды). Вирусы, применяемые в качестве векторов, лишены своих вредоносных свойств и практически безопасны для человека.
Другие векторные молекулы проникают в клетки организма с меньшей эффективностью, но одновременно и более безопасны. Например, можно использовать «голую» человеческую ДНК, вводя её в клетки с помощью липосом или электрического повреждения клеточной мембраны.
Затем в череп крыс ученые вмонтировали специальный светодиод и небольшое стеклянное окошечко, пропускающее его свет.
Учёные не могли раздражать отдельные нейроны подобным методом, но, регулируя интенсивность света, они влияли на потенциал клеточных мембран.
термин, который впервые был использован русским физиологом Иваном Петровичем Павловым для описания приобретенного рефлекса, т. е. не являющегося (в отличие от безусловного рефлекса) врожденным, а потому свойственного отдельному индивиду, а не всем представителям данного вида.
Когда на язык попадает лимонный сок, выделяется слюна — это безусловный рефлекс. Однако слюна может выделяться также при виде лимона или при звучании слова «лимон» — это условный рефлекс. Различие заключается в том, что вид лимона или звучание этого слова не всегда вызывают выделение слюны и вдобавок могут не оказывать воздействия на тех или иных людей.
Подобные стимулы приобретают способность вызывать реакцию лишь после того, как предъявлялись более или менее одновременно со стимуляцией вкусовых рецепторов лимонным соком. Вид лимона или звучание слова «лимон» в этом случае оказываются условными (сигнальными) раздражителями, замещающими безусловный раздражитель — лимонный сок.
Дальше специалисты смогли доказать, что для обучения достаточно активации светом всего шестидесяти нейронов.
Более того, в 5% случаев крысы реагировали на раздражение всего лишь одного нейрона, но развитие реакции зависело от того, какую именно клетку раздражали ученые. В половине случаев из этих пяти процентов за возбуждение отвечали буквально несколько нейронов. А во второй половине – какой-либо из оставшихся сотен тысяч.
Если раньше считалось, что кора реагирует на возбуждение обширным возбуждением, и что за поведенческие реакции отвечают группы из десятков и сотен тысяч нейронов, то независимые находки немецких и американских специалистов свидетельствуют, что для этого достаточно лишь нескольких «особо» активных клеток. Впрочем, и Брехт, и Свобода признают, что для новой теории рассеянных сетей информации пока недостаточно. Однако и они, и другие нейрофизиологи по всему миру продолжают добывать новые данные.
