Виталий Клячко в 2006 году обнаружил, что связи между нейронами действуют как информационные фильтры в мозгу

Речь идёт про выпускника физфака МГУ им. Ломоносова Виталия Александровича Клячко, который в США сделал карьеру биофизика и нейрофизиолога.

В настоящее время Виталий Александрович заведует лабораторией на медицинском факультете в Washington University

(Сент-Луис, Миссури, Соединенные Штаты Америки). Лаборатория специализируется на изучении механизмов синаптической передачи в норме и при патологии. Сайт лаборатории - https://vk.cc/cxwpAE

В 2006 году была опубликована его совместная с Чарльзом Стивенсом научная статья:

Excitatory and Feed-Forward Inhibitory Hippocampal Synapses Work Synergistically as an Adaptive Filter of Natural Spike Trains

Vitaly A Klyachko ,Charles F Stevens

Published: June 20, 2006

doi. org/ 10.1371/ journal. pbio. 0040207

В 2006 году на своём сайте о выходе вышеприведенной статьи сообщала пресс-служба Института биологических исследований Солка в Сан-Диего (Калифорния):

13 июня 2006

Связи между нейронами действуют как информационные фильтры в мозгу.

Исследователи из Института биологических исследований Солка впервые продемонстрировали, что межклеточные контакты в мозге играют активную роль в обработке информации: эти интерфейсы, называемые синапсами, действуют как точные фильтры, воспринимающие и усиливающие значимые сигналы. информации, исследователи Солка сообщают в текущем выпуске Биология PLoS, доступно онлайн.

Нейроны часто считаются основными вычислительными единицами мозга. Но было неясно, участвовали ли связи между нейронами в вычислительном процессе активно или просто передавали информацию.

«Наше исследование показывает, что синапсы не только обеспечивают поток информации, но и активно изменяют свои свойства, чтобы помочь в вычислениях», — говорит медицинский исследователь лаборатории Говарда Хьюза Чарльз Стивенс, профессор лаборатории молекулярной нейробиологии и старший автор исследования.

Ведущий автор Виталий Клячко, исследователь с докторской степенью, работающий со Стивенсом, объясняет: «Клетки мозга производят много фоновой болтовни. Синапсы фильтруют этот случайный шум и улучшают релевантную информацию. Они работают как очень тонко настроенные фильтры, которые делают именно то, что вы от них хотите».

Клетки мозга подают сигналы, посылая электрические импульсы по аксонам, длинным волосовидным отросткам, которые тянутся к соседним нервным клеткам. Они вступают в контакт через синапсы, от греческого слова, означающего «сцепляться вместе». Когда электрический сигнал достигает конца аксона, изменение напряжения вызывает высвобождение нейротрансмиттеров, химических мессенджеров мозга. Эти молекулы нейротрансмиттера затем перемещаются через пространство между нейронами в синапсах и вызывают электрический сигнал в соседней клетке.

Ученые предположили, что синапсы играют важную роль в обработке информации в мозге. Но не все сигналы передаются. Точно так же, как звонки по сотовым телефонам сбрасываются в районах с неравномерным покрытием, синапсы пропускают до 90 процентов всех входящих сигналов. «Ненадежность нейронных связей, которые предположительно передают и обрабатывают информацию по всему мозгу, было трудно согласовать с тем фактом, что мозг в целом очень надежен», — говорит Клячко.

Пытаясь добраться до сути этой загадки, исследователи из Солка опирались на естественные модели активности, которые были зарегистрированы у живых животных в части мозга, известной как гиппокамп — структура, имеющая решающее значение для формирования памяти и обучения. Они использовали эти записанные паттерны для стимуляции изолированных групп нейронов и измеряли, какие сигналы синапсов передавались соседним клеткам, а какие отбрасывались.

В прошлом подобные исследования обычно проводились при комнатной температуре. Поскольку ученые обнаружили, что результаты часто были слишком сложными для интерпретации, исследователи Солка записали данные в более теплых условиях, немного ниже температуры тела. «Интуитивно я записал при физиологических температурах, а не при комнатной температуре, и это оказалось ключом», — вспоминает Клячко. «Я обнаружил, что синаптическая передача сильно зависит от температуры».

Оттуда оставался лишь небольшой шаг к открытию того, что два основных типа синапсов, возбуждающие и тормозные, которые, как считалось ранее, всегда работают друг против друга, действуют согласованно, чтобы идентифицировать паттерны, несущие соответствующую информацию во входящем сигнале. Стивенс объяснил: «Синапсы распознают всплески активности нейронов и увеличивают их силу, действуя как переключатель». В результате значимые паттерны усиливаются, а посторонние шумы исчезают в своего рода «синаптической бездне».

До сих пор экспериментальные доказательства фильтрующей функции синапсов были неуловимыми. «Наша работа — это подтверждение, которого все ждали, — объясняет Клячко. «Именно точно настроенные свойства фильтрации двух основных типов синапсов и их взаимодействие делают обработку информации надежной».

Фото: Виталий Клячко

https://sun9-17.userapi.com/impg/5vjQoA-9ykRYzakz5_jcjr92D3FL5I2pufSVgw/rE5Eix5XUeo.jpg?size=2560x2055&quality=96&sign=b1ed9ba383ce5b1f14ea5fc666b7363c&type=album

https://sun9-5.userapi.com/impg/d_Hf08NPelrti4bm0E8rFjjTqksArMx--DRusg/7146YEfxf5I.jpg?size=280x386&quality=96&sign=152848e2dd54ca0f9e5d84546079bd2b&type=album

Источник: www.salk.edu

Комментарии: