Мозок у десять разів активніший, ніж вважалося раніше

Дендрити (виділені зеленим кольором) виявилися активнішими за тіло нейрона. Джерело: Каліфорнійський університет.

Вчені Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (University of California, Los Angeles) зареєстрували електричну активність дендритів біля щурів, які вільно рухаються. Виявилося, що відростки нейронів генерують імпульси в десять разів частіше, ніж тіло клітини. Так само з'явилися підстави припускати, що специфічна активність дендритів дозволяє їм виробляти не тільки цифрові обчислення, але й аналогові. Результати дослідження опубліковані в журналі Science.

Нейрони складаються з тіла клітини (соми) і відростків: аксонів і дендритів. Довгий час вважалося, що дендрити - всього лише провідники: вони передають сигнали з синапсів у тіло нейрона, і вже там генерується електричний імпульс. Нейробіологи вважали, що головну роль в обробці інформації та навчанні відіграють саме соматичні імпульси. Згодом дослідження зрізів мозку показали, що нервові імпульси виникають і в дендритах. Але було неясно, чи відбувається це, коли організми знаходяться в природних умовах, і якщо так, то - як часто. Раніше зареєструвати електричну активність дендритів у тварин не виходило через низку труднощів. Особин доводилося знедолювати або вводити анестезію, і результати вимірювань все одно не давали відповіді на питання «як все відбувається в житті?».

Дослідники Каліфорнійського університету помістили тетроди - волоконні мікроелектроди тонше 30 мікрометрів в діаметрі - в задню теменну кору щурів. Ця область мозку відіграє ключову роль у продукуванні запланованих рухів. Активність дендритів реєстрували протягом чотирьох днів, весь цей час щури могли вільно переміщатися лабіринтом. Виявилося, що дендрити набагато більш активні, ніж тіла нейронів - вони генерують імпульси в п'ять (під час сну) і навіть десять (під час пильнування) раз частіше. «Дендрити складають більше 90% обсягу нервової тканини, - говорить провідний автор дослідження, нейробіолог Маянк Мехта (Mayank Mehta). - Знання того, що вони набагато більш активні, ніж сома, корінним чином змінює наші уявлення про те, як мозок обробляє інформацію».

"Ми виявили, що дендрити - це гібриди, які можуть виробляти і аналогові, і цифрові обчислення, і тому докорінно відрізняються від цифрових обчислень. У цьому розумінні вони більше нагадують аналогові квантові комп «ютери», - пояснює вчений. - Нейробіологія мала уявлення про те, що нейрони - цифрові пристрої. Вони або генерують імпульс, або ні. Наші результати показують, що дендрити працюють не так, як виключно цифрові пристрої. Вони дійсно генерують дискретні імпульси, але крім цього вони показують аналогові коливання [напруги], які діють не за принципом «все-або-нічого». Це докорінно відрізняється від уявлень, які панували в нейробіології протягом 60 років "

"Більшість попередніх моделей виходили з того, що навчання відбувається тоді, коли соми двох нейронів активізуються одночасно, - говорить Джейсон Мур (Jason Moore), один з авторів роботи. - Наші результати свідчать про те, що навчання може мати місце, коли одночасно збуджуються вхідний нейрон і дендрит. Можливо, що в різний час активні різні ділянки дендритів, в такому випадку процес навчання, ймовірно, може відбуватися всередині одного нейрона і є набагато більш гнучким ".

Вивчення нейронів дозволило вченим по-новому поглянути на захворювання мозку і створити комп'ютерні нейронні мережі. Однак раніше вони виходили з того, що рішення приймає саме сома «Через технологічні складнощі, дослідження функції мозку було присвячене, в основному, тілу клітини», - коментує Мехта. «Ми виявили, що рішення набагато частіше приймаються в дендритах, ніж у тілі, і що такі обчислення не тільки цифрові, а й аналогові», - додає він. «Результати нашого дослідження змінять уявлення про те, як нейрони обробляють інформацію», - підсумовує науковець.