Как нейроны справляются с многозадачностью

МЕНЮ


Искусственный интеллект
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


Некоторые нейроны сортируют входящие сигналы, реагируя на них полностью или частично.

Когда мы слышим про обонятельные или, скажем, зрительные нейроны, то понимаем, что речь идёт о нервных клетках, которые воспринимают обонятельный или зрительный сигнал соответствующим рецептором и передают его в мозг. Однако среди нейронов можно найти много примеров клеток-«многостаночников». Например, у мышей есть нейроны, которые реагируют одновременно на температуру и на очень сильное механическое раздражение; а у дрозофил есть нейроны, которые работают одновременно со зрительными, болевыми, температурными и проприоцептивными сигналами. (Проприоцепция – чувство тела, расположения его в пространстве и разных частей тела друг относительно друга.)

У любого нейрона есть сравнительно короткие и очень разветвлённые принимающие отростки-дендриты и длинный отросток-аксон, передающий импульс другой клетке. (Иллюстрация: sciencepics / Depositphotos

Исследователи из Медицинского института Говарда Хьюза, Технологического института Джорджии и других научных центров решил выяснить, как нейроны справляются с такой многозадачностью на примере похожих нервных клеток у круглого червя Caenorhabditis elegans. У него через всё тело протянуты два нейрона, которые, во-первых, помогают чувствовать положение тела (то есть работают с проприоцептивными сигналами), во-вторых, реагируют на холод, в-третьих, реагируют на грубые прикосновения. И проприоцептивное чувство, и грубое прикосновение относятся к одному и тому же роду сигнала – механическому. Как же можно различить два механических сигнала?

Чтобы нейрон почувствовал что-то – например, механическое давление – в клеточной мембране должен сидеть специальный белок, который откроет ионам путь через мембрану, ионы перегруппируются между наружной и внутренней стороной мембраны и в результате по нейрону побежит электрохимический импульс. У двух многозадачных нейронов червя C. elegans удалось найти сразу несколько таких белков. Из них трое открывали ионные каналы в ответ на механическое давление, соответствующее ощущению тела в пространстве, а один открывал ионный канал тоже в ответ на механическое давление, только очень грубое – когда этот мембранный белок стимулировали, червь старался побыстрее куда-нибудь уползти, скрыться бегством от опасности.

Но разные рецепторы для разных стимулов – ещё не всё. У всякого нейрона, как известно, есть отростки-дендриты, через которые клетка собирает сигналы от других клеток или от рецепторов, и отросток-аксон, который передаёт сигнал другим клеткам. Многозадачные нейроны у червя передают сигнал через свой аксон одной-единственной клетке-приёмнику. Возникает вопрос, как многозадачный нейрон разделяет разнородные сигналы.

В статье в Developmental Cell говорится, что всё дело тут в том, как клетка реагирует на то или иное воздействие. Если сигнал свидетельствует о грубом прикосновении, то можно видеть, как ионы перегруппировываются по всей клетке: сначала в дендритах, которые первыми принимают сигнал, затем в теле клетки, и затем – в аксонном отростке. От аксона сигнал через межнейронное соединение-синапс переходит на другой нейрон, и дальше этот сигнал заставляет червя беспокоиться.

Но если речь идёт о сигналах, которые говорят о том, что червь просто движется, то тут механическое раздражение не только действует на другие ионные каналы – такие сигналы, оказывается, не идут за пределы отростков-дендритов. То есть получается, что на нормальное проприоцептивное раздражение нейрон реагирует не полностью: сигнал не переходит с дендритов на тело и дальше на аксон. Но сами дендриты при этом выделяют из себя нейропептид NLP-12, который как-то действует на окружающие клетки и благодаря которому червь как-то ощущает себя в пространстве.

Соответственно, если разъединить синапс между многозадачным нейроном и той клеткой, которая принимает от него сигнал, то червь перестанет убегать от резкого раздражения, но продолжит «осмысленно» ползать – его чувство тела останется ненарушенным. Если же запретить дендритам выделять нейропептид NLP-12, то червь будет хорошо чувствовать резкое раздражение, но просто ползать ему станет очень трудно – он перестанет понимать, как он соотносится с окружающим пространством.

Возможно, что другие многозадачные нейроны решают проблему с многозадачностью иными способами. Тем не менее, на примере C. elegans видно, что нервные клетки в принципе могут передавать сигналы, возбуждаясь лишь частично, и что такая передача сигнала обходится без обычного синаптического соединения – достаточно химических сигналов, выделяемых отростками-дендритами. И это, конечно, расширяет наше представление о том, как могут работать нейроны и, очевидно, вся нервная система в целом.

Кстати, о некоторых особенностях дендритов, не укладывающихся в привычные представления, мы уже как-то писали: во-первых, в мозге можно найти нейроны, у которых передающий отросток аксон выходит непосредственно из принимающего дендрита – сигнал тут проходит экспресс-маршрутом, минуя тело клетки. Во-вторых, дендриты, как оказалось, довольно самостоятельны и могут регулировать начальные условия импульса, обрабатывая информацию в смешанном аналого-цифровом режиме.

The Scientist.


Источник: www.nkj.ru

Комментарии: