Работу мозга можно описать через систему процессов «разгона» и «торможения». Главной в этом процессе будет способность договориться и синхронизировать контакт, между внешними стимулами, внутренними ощущениями и пониманием, когда и какую именно запускать реакцию. Впервые в истории, у нас есть понимание, как и почему эти нейроны вообще устанавливают контакт!

Краткое содержание: ученые определили два специфических белка, глиомедин и CNTNAP4. Эти белки работают через «рукопожатие». Процесс, что позволяет тормозящим клеткам-люстрам точно соединяться с возбуждающими пирамидальными нейронами. Эта связь – ключевой фактор для поддержки электрического баланса в головном мозге. Нарушения в этом процессе связаны с неврологическими расстройствами: эпилепсией, шизофренией и аутизмом.

Автор исследования: Ясуфуми Хаяно, PhD, научный сотрудник Университета штата Огайо

Природа связей в головном мозге

Способность мозга обрабатывать информацию зависит от тонкого баланса между нейронами, посылающими сигналы «включиться», и нейронами, которые посылают сигналы «выключиться». Теперь исследователи выяснили, как именно участники этого процесса «договариваются» друг с другом.

Новое исследование, проведенное в Университете штата Огайо, раскрывает механизм взаимодействия клеток-люстр, отдельного класса тормозных интернейронов, с целевыми возбуждающими клетками. Команда исследователей выявила две специфические молекулы, присутствие которых необходимо для «рукопожатия» между клетками, позволяющего формироваться синапсам.

Клетки-люстры играют решающую роль в работе мозга. Они соединяются с определенным участком в пирамидальных клетках. Причем именно пирамидальные клетки страдают в большей степени при потреблении фастфуда.

Так вот, именно участок контакта пирамидальных и люстрообразных клеток называют начальным сегментом аксона. Захватив этот «участок», клетки-люстры могут эффективно подавлять активность возбуждающих нейронов, предотвращая неконтролируемые электрические сигналы.

Координация нейронов в головном мозге

Ранее уже писал о том, что координация осуществляется не только в рамках точечного взаимодействия между нейронами, но и в рамках более широкого процесса мышления. Особенность этих процессов в том, что в мозге буквально «прокатываются волны», которые поддерживают текущую активность. А природа этих волн проистекает из согласованности процессов. То есть, буквально, согласованность между разгоном и торможением помогает нам как отвлекаться, так и возвращаться к актуальным задачам.

Наши тормозные интернейроны клетки-люстры формируют и балансируют активность локальных нейронных цепей. Они буквально модуляторы, координаторы, дирижеры оркестра. На основании полученных результатов мы пришли к выводу, что взаимодействие двух специфических белков регулирует специфичность формирования их синапсов.

Ясуфуми Хаяно, ведущий автор исследования и научный сотрудник Университета штата Огайо.

Нарушение координации между этими типами клеток связано с серьезными неврологическими и психиатрическими расстройствами, включая эпилепсию, депрессию, аутизм и шизофрению.

Молекулярное рукопожатие

Исследователи обнаружили, что эта связь основана на точном молекулярном взаимодействии. В ходе исследования нашлись два ключевых белка:

• CNTNAP4: Расположен на элементах клеток-люстр «проводниках».

• Глиомедин: расположен на начальном сегменте аксона целевых нейронов.

Когда эти два белка пересекаются, они помогают формировать синапсы. Используя визуализацию в мозге молодых мышей, команда обнаружила, что при удалении генов глиомедина, клетки-люстры не могли сформировать адекватные связи со своими мишенями. «Рукопожатие» было разорвано, и «дирижеры» не смогли управлять оркестром.

Последствия и неврологические расстройства

Поскольку начальный сегмент аксона — это именно то место, где нейроны генерируют сигналы, используемые для связи, клетки-люстры оказывают непропорционально сильное влияние на активность мозга. По сути, они контролируют «поток» информации.

Это фундаментальные нейробиологические исследования, но оно влечет последствия для нейрональных расстройств. Что произойдет, если этот процесс будет нарушен? Если мы потеряем эти гены, какое нейрональное расстройство может возникнуть? Мы пока не знаем, но эти возможности следует изучить.

Ясуфуми Хаяно, ведущий автор исследования и научный сотрудник Университета штата Огайо.

Ведущий автор исследования Хироки Танигучи отметил, что понимание этих механизмов развития будет первым шагом к выявлению терапевтических мишеней для состояний, при которых нарушен баланс мозговых нейронных сетей.

Интересно будет теперь соотнести эту модель коммуникации с механизмами больших социальных групп. Вполне может быть, что в основе нашей с вами коммуникации лежит способность «синтезировать абстрактные ценности», и совместно ими обмениваться. Что также коррелирует с невероятной схожестью клеточных и генетических процессов и социальными структурами.

Больше материалов, в которых технологии связываются с биологией и предлагают практические решения – вы найдете в сообществе Neural Hack. Заглядывайте, чтобы держать под рукой полезный контент!