Исследователи из Института биологических исследований Солка вместе с
соавторами обнаружили, что возможности памяти гораздо больше, чем принято
считать. Их работа поможет приблизиться к ответу на вопрос, как мозг достигает
такой энергетической эффективности.
Наши воспоминания и мысли представляют собой результат
электрической и химической активности мозга. Основная активность происходит в
клетках мозга – нейронах, имеющих отростки: аксон, по которому импульс
передается от тела нейрона на другие клетки, и дендриты, получающие импульсы от
других нейронов. Нервный импульс передается от аксона одного нейрона на дендрит
другого в месте контакта, который называется синапсом. Сигнал в синапсе
передается с помощью химического вещества – нейротрансмиттера. У каждого
нейрона есть тысячи синапсов с тысячами других нейронов. Синапсы до сих пор
изучены не полностью, при том, что нарушения их работы могут привести к
огромному количеству неврологических заболеваний.
Команда исследователей создала 3D – реконструкцию ткани
гиппокампа (структуры, связанной с памятью) крысы, и обратила внимание на то,
что в некоторых случаях единственный аксон одного нейрона образовывал два
синапса на единственном дендрите второго нейрона. Это может означать, что
передача импульса дублируется.
В гиппокампе такое дублирование наблюдается приблизительно в
10% случаев. Сначала исследователи не обратили на это особого внимания, но
затем у них возникла идея: если оценить разницу между двумя очень похожими
синапсами, то можно подобраться к точной оценке размеров синапсов, которые до
сих пор классифицировали только на крупные, средние и мелкие. Для этого
использовали микроскопию с большим разрешением и алгоритмы подсчета,
разработанные для визуализации тканей мозга крысы на наномолекулярном уровне. К
удивлению ученых, оказалось, что различия в размерах таких парных синапсов
составляли лишь около 8%, и можно выделять не три, а около 26 категорий
размеров синапсов. Таким образом, существует приблизительно в 10 раз больше
типов синапсов, чем считалось ранее, а значит, в клетках гиппокампа может
храниться гораздо больше информации. Возможности памяти зависят от размера
синапсов, и поэтому разницу в 8% можно было использовать в алгоритмических
моделях для оценки количества информации, которую потенциально могут содержать
синаптические связи.
Усложняет подсчеты тот факт, что синапсы гиппокампа
ненадежны. Во время передачи импульса от одного нейрона к другому последний
обычно активируется лишь в 10-20% случаев. Как точность работы мозга
достигается при помощи таких ненадежных синапсов, остается загадкой. Один из
возможных ответов – постоянная корректировка работы синапсов и усреднение их
активности за промежуток времени.
Используя полученную информацию, ученые подсчитали, что для
синапсов самого маленького размера изменение в размере и способности проведения
вызывает около 1500 случаев активации (это происходит за 20 минут), а для
наиболее крупных синапсов изменение способна вызвать всего лишь пара сотен
событий активации (для этого требуется 1-2 минуты). Это означает, что в срок от
2 до 20 минут синапсы меняют свой размер на больший или меньший. Так они
настраиваются в зависимости от получаемых сигналов.
Эта работа может открыть новые страницы в изучении
формирования памяти и обучения. Исследование порождает новые вопросы. Например,
подчиняются ли таким же правилам синапсы в других участках мозга, и меняются ли
эти правила в процессе обучения и развития.
Источник:
sciencedaily.com
