Мозг в десять раз более активен, чем считалось прежде

Мозг работает в десять раз активнее, чем считалось прежде, выяснили исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA). Новая работа, по мнению специалистов, способна изменить представление учёных о работе мозга. Также исследование может привести к созданию более совершенных компьютеров и новых подходов в лечении неврологических расстройств.

Учёные изучали структуры и функции дендритов, являющихся разветвлёнными отростками нейронов (нервных клеток). Поясним, что нейроны сами по себе являются относительно большими древовидными структурами, состоящими из тела клетки (сомы) и многочисленных ответвлений – дендритов. Сомы генерирует короткие электрические импульсы (их называют соматическими всплесками) с целью "общения" друг с другом.

Долгое время исследователи считали, что соматические всплески активизируют дендриты, которые пассивно "передают" сигналы другим сомам нейронов. Иными словами, считалось, что дендриты – это всего лишь "безропотные" проводники. Через них электрические импульсы, который дендриты получают из синапсов клеток (соединений между двумя нейронами), отправляются к сомам.

Но новое исследование показало: дендриты создают собственные всплески и даже в десять раз больше, чем сомы.

"Дендриты составляют более 90 процентов всей нервной ткани. Осознание того, что они гораздо активнее, чем сомы, принципиально меняет наше представление о том, как мозг обрабатывают информацию", — говорит ведущий автор исследования Маянк Мехта (Mayank Mehta) из UCLA.

По его мнению, исследование может проложить путь для создания новых способов лечения неврологических расстройств и поможет развитию компьютеров, похожих на человеческих мозг.

"Мы выяснили, что дендриты – это фактически гибриды, которые могут производить аналоговые и цифровые вычисления. Такой вывод означает, что они принципиально отличаются от цифровых компьютеров, но они несколько схожи с аналоговыми квантовыми компьютерами", — отмечает Мехта.

На протяжении очень долгого времени специалисты в области нейронаук были уверены, что нейроны – это некие подобия цифровых устройств (они либо генерируют всплеск, либо нет).

"Результаты исследования показывают, что дендриты ведут себя не только как чисто цифровые устройства. Дендриты действительно генерируют цифровые импульсы, но они также показывают большие аналоговые колебания", — рассказывает исследователь. Он добавляет, что это сильно разнится с мнением, которое господствовало в науке около 60 лет.

Отмечается, что исследователи уже фиксировали способность дендритов генерировать импульсы. Однако учёные из UCLA не были уверены, что подобный процесс случается при естественном поведении (неизвестно было и то, как часто это происходит).

Учёные решили это проверить. На протяжении практически четырёх дней они измеряли активность дендритов у крыс. Последние могли свободно передвигаться по большому лабиринту. Отмечается, что специалисты измеряли активность в задней теменной коре крыс, играющей ключевую роль при планировании движений.

Оказалось, что дендриты намного более активны, чем тела нейронов. Например, пока крысы спали, дендриты генерировали в пять раз больше импульсов, а пока грызуны бодрствовали и изучали лабиринт – в десять раз больше.

"Ранее большинство предыдущих моделей предполагали, что обучение происходит тогда, когда сомы двух нейронов активизируются одновременно, — поясняет другой автор работы Джейсон Мур (Jason Moore) из UCLA. — Наши результаты свидетельствуют о том, что обучение может происходить, когда одновременно возбуждаются входной нейрон и дендрит. Возможно, что в разное время активны разные участки дендритов. То есть процесс обучения, вероятно, может происходить внутри одного нейрона и является более гибким".

Мехта добавляет, что решения гораздо чаще принимаются в дендритах, чем в соме. "И такие вычисления не только цифровые, но и аналоговые", — добавляет он.

Из-за технологических трудностей в значительной степени все исследования функций мозга были сосредоточены на телах клеток. "Наша же работа изменяет представление о том, как нейроны обрабатывают информацию", — заключает Мехта.

Результаты исследования опубликованы в научном издании Science.

Ранее оказалось, что участки мозга постоянно засыпают и просыпаются в течение дня без нашего ведома, а нейроны новорожденных путешествуют по мозгу. О других важных исследованиях, касающихся мозга человека и животных, и их выводах читайте в специальной рубрике проекта "Вести.Наука".