Ученые из Массачусетского технологического института получили уникальные образцы мозговой ткани от живых добровольцев. И изучили, как человеческие нейроны передают сигналы.

В новом исследовании, проведенном в Массачусетском технологическом институте (МТИ), ученые воспользовались возможностью получить образец возбудительных нейронов размером с ноготь из глубины мозга добровольцев, проходящих хирургическое лечение эпилепсии. Исследование опубликовано в журнале Cell.

Эта ткань была получена из отдела передней височной доли, способной справиться с потерей нескольких нейронов, так что пациенты никак это не почувствовали. Но тем самым исследователи получили тип ткани, необходимый для наблюдения за тем, как человеческие нервы переносят электрохимические сообщения на большие расстояния.

Не секрет, что у крыс довольно маленький мозг с относительно тонкой внешней корой, несмотря на то, что они умны. Тем не менее организация этого тонкого внешнего слоя схожа с тем, как устроен наш мозг, что, в свою очередь, поднимает вопросы о том, как наши нейроны справляются с отправкой сигналов на большие расстояния.

Растянутое распределение ионных каналов в человеческих нейронах / © MIT

Стандартный нейрон обычно похож на дерево без листьев. Ветви — дендриты — собирают сигналы от других клеток и передают их через клеточное тело по длинному тонкому хоботку — аксону. Такие передачи осуществляются посредством заряженных частиц, взаимодействующих с мембраной нейрона через ионные каналы, производя рябь напряжения по всей длине клетки. Однако эти ветви представляют собой нечто большее, чем каналы для сигналов: они активно «подергивают» сообщения, играя ключевую роль в обработке переносимой информации.

В каком-то смысле о дендритах можно говорить как о транзисторах, усиливающих одни сигналы и блокирующих другие. Ученые пришли к выводу, что на самом деле они могут быть еще больше вовлечены в обработку информации нервной системой. По крайней мере, у людей.

«Дело не только в том, что мы умные из-за того, что у нас больше нейронов и более крупная кора головного мозга, — говорит ведущий исследователь Марк Харнетт. — В целом нейроны ведут себя совсем иначе».

После извлечения образцов нейронов из глубин мозга добровольцев исследователи помещали их в среду, подобную спинномозговой жидкости, чтобы они оставались живыми еще на протяжении дня или около того, пока ученые выясняли, как сигналы проходят вдоль клеток. Оказалось, эти сигналы ослабевают в человеческих нейронах сильнее, чем в таких же клетках, взятых у мышей. Тем не менее оба типа клеток обладают одинаковым числом ионных каналов в своих мембранах, которые в наших нейронах просто расставлены немного шире. Модели, разработанные исследователями, предполагают, что это может быть причиной различия сигналов.

«В человеческих нейронах происходит большая компартментализация, что, в свою очередь, позволяет им быть более независимыми, потенциально приводя к повышенным вычислительным способностям одного нейрона», — говорит Харнетт.

Может ли эта архитектура объяснить различие в том, как наши виды обрабатывают информацию, еще предстоит выяснить. Харнетт уверен, что такую гипотезу не стоит списывать со счетов.

«Если у вас есть кортикальный столб с кусочком коры головного мозга человека или грызуна, с человеческой архитектурой вы сможете провести вычисления быстрее, чем с архитектурой мозга грызунов», — объясняет ученый.

Автор: Владимир Гильен