Мозг в 10 раз активнее, чем считалось раньше

Ученые Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles) зарегистрировали электрическую активность дендритов у крыс, которые свободно двигаются. Оказалось, что отростки нейронов генерируют импульсы в десять раз чаще, чем тело клетки. Так же появились основания предполагать, что специфическая активность дендритов позволяет им производить не только цифровые вычисления, но и аналоговые. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Нейроны состоят из тела клетки (сомы) и отростков: аксонов и дендритов. Долгое время считалось, что дендриты — всего лишь проводники: они передают сигналы из синапсов в тело нейрона, и уже там генерируется электрический импульс. Нейробиологи полагали, что главную роль в обработке информации и обучении играют именно соматические импульсы. Впоследствии исследования срезов мозга показали, что нервные импульсы возникают и в дендритах. Но было неясно, происходит ли это, когда организмы находятся в естественных условиях, и если да, то — как часто. Раньше зарегистрировать электрическую активность дендритов у животных не получалось из-за ряда затруднений. Особей приходилось обездвиживать или вводить анестезию, и результаты измерений все равно не давали ответа на вопрос «как все происходит в жизни?».

Исследователи Калифорнийского университета поместили тетроды — волоконные микроэлектроды тоньше 30 микрометров в диаметре — в заднюю теменную кору крыс. Эта область мозга играет ключевую роль в продуцировании запланированных движений. Активность дендритов регистрировали на протяжении четырех дней, все это время крысы могли свободно перемещаться по лабиринту. Оказалось, что дендриты намного более активны, чем тела нейронов — они генерируют импульсы в пять (во время сна) и даже десять (во время бодрствования) раз чаще. «Дендриты составляют больше 90% объема нервной ткани, — говорит ведущий автор исследования, нейробиолог Маянк Мехта (Mayank Mehta). — Знание того, что они гораздо более активны, чем сома, коренным образом меняет наши представления о том, как мозг обрабатывает информацию».

«Мы обнаружили, что дендриты — это гибриды, которые могут производить и аналоговые, и цифровые вычисления, и потому коренным образом отличаются от цифровых вычислений. В этом смысле они больше напоминают аналоговые квантовые компьютеры», — объясняет ученый. — В нейробиологии бытовало представление о том, что нейроны — цифровые устройства. Они либо генерируют импульс, либо нет. Наши результаты показывают, что дендриты работают не так, как исключительно цифровые устройства. Они действительно генерируют дискретные импульсы, но кроме этого они показывают аналоговые колебания [напряжения], которые действуют не по принципу «все-или-ничего». Это коренным образом отличается от представлений, которые господствовали в нейробиологии на протяжении 60 лет»

«Большинство предыдущих моделей исходили из того, что обучение происходит тогда, когда сомы двух нейронов активизируются одновременно, — говорит Джейсон Мур (Jason Moore), один из авторов работы. — Наши результаты свидетельствуют о том, что обучение может иметь место, когда одновременно возбуждаются входной нейрон и дендрит. Возможно, что в разное время активны разные участки дендритов, в таком случае процесс обучения, вероятно, может происходить внутри одного нейрона и является намного более гибким».

Изучение нейронов позволило ученым по-новому взглянуть на заболевания мозга и создать компьютерные нейронные сети. Однако раньше они исходили из того, что решения принимает именно сома «Из-за технологических сложностей, исследование функции мозга было посвящено, в основном, телу клетки», — комментирует Мехта. «Мы обнаружили, что решения гораздо чаще принимаются в дендритах, чем в теле, и что такие вычисления не только цифровые, но и аналоговые», — добавляет он. «Результаты нашего исследования изменят представления о том, как нейроны обрабатывают информацию», — заключает ученый.

Источник: 22century.ru

Комментарии: