Наука и технологии России

Вход Регистрация

Мозг ещё сложнее, чем мы думали

Классические представления о работе мозга говорят о том, что электрический сигнал, идущий по отросткам нейронов, передаётся между клетками только в зонах контакта – синапсах. Хотя вокруг каждого активного нейрона и возникает электрическое поле и люди даже используют его для записи электроэнцефалограмм, считалось, что на жизнедеятельность клеток это слабое поле в норме практически не влияет и становится значимым только при патологических процессах, таких как разрушение электроизолирующей миелиновой оболочки аксонов.

Но в февральском номере Nature Neuroscience опубликована статья, которая вынуждает нас пересмотреть привычные представления о работе нейронов. Международной группе учёных под руководством Кристофа Коха (Christof Koch) из Калифорнийского технологического института в Пасадене (США) с помощью оригинальной методики удалось не только измерить степень воздействия нейронов через электрическое поле друг на друга, но и доказать, что этот процесс играет важную роль в нормальной деятельности мозга.

Исследования проводили на нейронах коры головного мозга крыс. Учёные работали с поперечными срезами мозга, расположенными на питательной среде, обеспечивающей жизнеспособность нейронов. Экспериментальная установка содержала 12 электродов для каждого изучаемого нейрона. Один электрод располагался поблизости от тела нейрона и использовался для его стимуляции – он имитировал воздействие внеклеточного электрического поля. Другой электрод регистрировал внутриклеточные электрические изменения. Остальные десять электродов улавливали изменения электрического поля, порождаемые сначала внешним стимулом, а затем электрическими процессами в клетке.

Передача сигналов через химические синапсы в эксперименте была заблокирована с помощью молекул, связывающих синаптические рецепторы. Электрические синапсы – разновидность контактов, которую заблокировать сложнее, практически отсутствуют в пирамидных нейронах коры, с которыми работали исследователи. Таким образом, любые изменения мембранного потенциала нейронов объяснялись только влиянием слабых изменений электрического поля.

Учёные выяснили, что колебания электрического поля изменяют мембранный потенциал нейронов, а значит, снижают или увеличивают вероятность активации нейрона в ответ на сигнал. Хотя такие изменения невелики, их влияние может оказаться весьма существенным, потому что нейрон способен суммировать сигналы, приходящие от разных «входов», и генерировать электрический импульс в тот момент, когда количество поступившей информации превышает критическую величину. А это значит, что потенциалы электрического поля могут суммироваться с «классическими» синаптическими потенциалами и влиять на результирующую активность данного синапса и нейрона в целом.

Более того, учёные установили, что колебания электрического поля регулируют и уже сформировавшиеся потенциалы действия. Оказалось, что поле существенно влияет на скорость разрядки нейрона, а также способствует синхронизации разрядов разных нейронов во времени.

Электрическое поле, порождённое активностью нервной клетки, может влиять на другие нейроны на расстоянии порядка миллиметра. Этого вполне хватает, чтобы поле подействовало на тысячи ближайших нейронов. Исследователи пришли к выводу, что электрическое поле может служить для синхронизации нейронов – согласования их электрической активности. А такая синхронизация, по-видимому, оказывает существенное влияние на процессы обработки информации в мозге и пластичность нервной системы.

Источник информации:

Anastassiou C.A., Perin R., Markram H., Koch C. Ephaptic coupling of cortical neurons. Nature Neuroscience. 2011, doi:10.1038/nn.2727.

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 6

Галереи

Живая наука. Искусство науки - 2010

Работы участников конкурса

662 фото

Обсуждение