Ученые обнаружили новый вид сигнала в мозге человека

Нейробиологи обнаружили новый сигнальный процесс в мозге, который, по их мнению, может стать ключом к тому, что делает нас людьми.

Человеческий мозг представляет собой сложную систему клеток, называемых нейронами, которые обмениваются информацией, используя электрические и химические сигналы. В новом исследовании, опубликованном в Science в этом году, исследователи обнаружили, что определенные клетки человеческого мозга передают сигналы так, как это не наблюдается в соответствующих клетках грызунов.

Очевидные различия в человеческом мозге по сравнению с мозгом других млекопитающих помогают нам понять, почему человеческий мозг может быть уникальным, что может привести к лучшему пониманию и даже лучшему моделированию нашего мозга.

Исследователи изучили срезы головного мозга пациентов с эпилепсией или опухолями. Они сосредоточились на дендритах – ветвистых расширениях клеток мозга, которые соединяются с другими клетками мозга, позволяя обмениваться информацией – во втором и третьем слоях коры головного мозга (самый внешний слой).

Большая часть того, что мы знаем о дендритах, основана на исследованиях на грызунах, поэтому возможность изучения человеческих образцов жизненно необходима. Пациенты с эпилепсией были выбраны из-за операций, обеспечивающих достаточное количество ткани коры головного мозга для анализа, а образцы с опухолями должны были гарантировать, что результаты были найдены не только у пациентов с эпилепсией.

Благодаря расширению человеческого мозга по мере нашего развития, он имеет необычно толстую кору (около 3 миллиметров), которая непропорционально толста во втором и третьем слоях, что приводит к большим и сложным дендритным деревьям.

Синапс – это структура, которая позволяет электрическим нервным импульсам передаваться между двумя нейронами. Нейроны связываются с помощью электрических событий, называемых «потенциалами действия» – всплеском электрической активности, когда нейрон отсылает информацию к другой клетке. Активные электрические свойства этих дендритов определяют многочисленные преобразования от синаптического входа к потенциалу действия, что означает, что они являются ключом к вычислительной мощности нейрона.

Команда использовала патч-зажим для построения электрической цепи для клеток и технику флуоресцентной визуализации для исследования свойств клеток. Они обнаружили ранее неизвестные классы потенциалов действия в дендритах этих нейронов, что означает, что их активность намного сложнее, чем предполагалось ранее.

Среди открытий исследователи отметили, что один из новых видов потенциалов действия путешествовал, используя только ионы кальция, а не ионы кальция и натрия, чего раньше не было в клетках коры млекопитающих. 

Они изучили поведение потенциалов действия, создав имитируемую компьютером модель, и обнаружили еще один удивительный аспект – нейрон мог выполнять «вычислительную» функцию, которая, как ранее считали исследователи, требовала целой сети нейронов, а не одного. Это, по их словам, может иметь огромное значение для искусственных нейронных сетей, поскольку может упростить вычисления. 

Исследование имеет свои ограничения. Работа была выполнена на человеческих клетках, а не на реальных людях. Это также может означать, что другие млекопитающие имеют такой же сигнал, мы просто еще не наблюдали его в лабораторных условиях. Тем не менее, в постоянном стремлении выяснить, как и почему люди уникальны, это интересный шаг.  

DOI: 10.1126/science.aax6239

Вас также может заинтересовать:

Глия. 40% нашего мозга

Спонтанные «микро-землетрясения» в мозге помогают вам спать

Высокоскоростной микроскоп фиксирует мимолетные сигналы мозга