Человек занял свою ветвь в древе эволюции не благодаря абсолютным маркерам. Мы не самые сильные, у нас не самый большой мозг, но мы великолепно адаптируемся к изменениям. Освоили огонь, строим жилища, развиваем инфраструктуру. И если какая-то возможность блокируется внешним надзирателем, мы находим обходные пути. То же самое касается и нейронов. Которые поддерживают контакт, буквально перестаивая себя. Даже если заблокирована электрическая активность.
Нейроны будут общаться, меняя свою структуру
Краткое содержание: Нейроны способны быстро восстанавливать баланс в своих связях. Для этого они структурно меняются и тем самым подают сигнал, не используя электрическую активность. Это открытие опровергает давно устоявшиеся представления о том, как синапсы поддерживают гомеостаз в коммуникации. Когда ученые заблокировали рецепторы на принимающей стороне синапса, те физически реорганизовывались. Это приводило к увеличению высвобождения нейромедиатора передающим нейроном и поддержанию стабильной передачи сигнала.
Такая быстрая коррекция протекала даже при подавлении электрической активности. Это показывает, что одни лишь структурные сигналы могут запускать гомеостатические изменения. Полученные результаты дают новое понимание того, как мозг оберегает способности к движению, обучению и памяти при нарушении работы нейронных цепей.
Основные факты
Быстрый структурный триггер. Нейроны стабилизируют коммуникацию за счет физической реорганизации рецепторов, а не электрической активности.
Для этого необходим белок DLG. Фундаментальный белок DLG необходим для проведения этой быстрой гомеостатической реакции.
Связь с заболеваниями. Нарушения в этом механизме влекут за собой развитие эпилепсии и аутизма.
Стабилизация работы мозга
Каждое наше движение и каждое сформированное воспоминание зависят от точной связи между нейронами. Когда эта связь нарушается, мозг должен быстро восстановить баланс внутренней передачи сигналов. В противном случае, нейронная связь распадется, а навык – будет утрачен.
Новое исследование показывает, что нейроны могут стабилизировать передачу сигналов, используя быстрый физический механизм, а не электрическую активность. Именно электрическая активность ранее рассматривалась как «базовый и необходимый механизм». Исследователи также показали, что этот быстрый процесс передачи сигналов держится даже при полном подавлении электрической активности синапсов.
Поддержание этого баланса между нейронами критически важно для удержания контроля над мышцами, обучения и общего здоровья мозга. Нарушение этого «гомеостаза» связывают с неврологическими заболеваниями, такими как эпилепсия и аутизм.
Коммуникация и электричество
Исследователи из Центра Дорнсайфа при Университете Южной Калифорнии под руководством профессора биологических наук Диона Дикмана поставили перед собой задачу: понять, как нейроны компенсируют сбои в коммуникации. В частности, как принимающая сторона синапса понимает, что произошел разрыв в коммуникации, и как она подает сигнал передающему нейрону, чтобы тот увеличил активность для восстановления гомеостаза. Так сказать, ощупать сложности нейрогенеза в критической ситуации.
Используя плодовых мушек, а это стандартная модель для изучения нервной системы, команда заблокировала глутаматные рецепторы на принимающей стороне синапса с помощью химического вещества, а затем с помощью микроскопии высокого разрешения наблюдала за реакцией синапса.
Для идентификации молекул, ответственных за запуск ответной реакции, исследователи использовали инструменты генного редактирования CRISPR, чтобы поочередно удалять определенные структурные белки и наблюдать за изменениями в клетках.
Понимание связей в работе мозга
Метод исключения показал, что ключевой фактор быстрой адаптации – это не потеря электрической активности, а физическая реорганизация конкретных рецепторов. Когда эти рецепторы блокировались, они перестраивались внутри синапса, и это запускало сигнальный процесс. Процесс, который давал сигнал передающему нейрону высвобождать больше нейромедиаторов, помогая поддерживать стабильную связь.
Лично было бы интересно понаблюдать характер этих связей именно в мозге человека, при формировании мировоззрения. Причем в разрезе формирования видения мира, через религию, политические взгляды, отношение к миру и т.д.
Для этой реакции необходим белок, известный как DLG. Когда DLG удалили с помощью CRISPR, нейроны не смогли поддерживать связь. Исследователи также показали, что этот быстрый процесс передачи сигналов продолжается даже если подавить всю электрическую активность синапсов. То есть, система связей в мозге опирается на структурные сигналы, а не на электрические.
Понимание того, как синапсы адаптируются и поддерживают гомеостаз – ключ к методам лечения, которые укрепят устойчивость нейронов и предотвратят неврологические заболевания.
Традиционно, больше материалов про мозг и психику, а также о том, как поддерживать работу мозга – читайте в сообществе NeuralHack. Подписывайтесь, чтобы держать под рукой полезный контент!
Ответы на ключевые вопросы
В: Какой механизм позволяет нейронам быстро восстанавливать баланс сигналов?
О: Структурная перестройка рецепторов в синапсе приводит к более интенсивному высвобождению нейромедиаторов.
В: Требуется ли для нейронной стабилизации электрическая активность?
О: Нет — ответная реакция возникает даже при полном подавлении электрической синаптической активности.
В: Почему это открытие важно для здоровья мозга?
О: Это позволяет выявить быстрый, неэлектрический путь, который помогает нейронным связям оставаться стабильными. А это дает новые подсказки для лечения расстройств, связанных с синаптическим дисбалансом.