Уникальность нашего мозга объясняется особенностями электрической активности дендритов

Дендриты человека имеют существенные отличия от дендритов животных, не столько в строении, сколько в функциональных возможностях. Группа ученых-нейробиологов провела исследование мозга, в ходе которого они выяснили, что это различие заключается в том, что у человека степень электрической компартментализации выше, электроимпульсы, распространяемые по дендритам быстрее ослабевают. Именно поэтому человеческий мозг обладает высокой вычислительной способностью. Некоторые дендритовые области ведут себя независимо от остального участка нейрона.

Нейробиологи MIT теперь могут регистрировать электрическую активность у дендритов нейронов человека.

Дендриты представляют собой нейронные выросты, их главная роль заключается в приеме и объединении информации от прочих клеток, здесь же формируется реакция на полученные сигналы. Ученые Массачусетского университета занялись изучением тканей из самых труднодоступных районов мозга. В результате своей работы они пришли к выводу, что дендриты человека не похожи на дендриты животных, они имеют более удлиненную структуру. Благодаря этому различию, человеческий мозг обладает высокой вычислительной мощностью.

Профессор кафедры мозга и когнитивных наук Макр Харнетт, сообщает: «Люди умнее жвотных не только потому, что у них имеется огромное количество нейронов и большая кора головного мозга. Дело в том, что нейроны человеческого мозга характеризуются более высокой компартментализацией. Это приводит к независимости и повышению вычислительных способностей отдельно взятых нейронов. Харнетт ведет научную деятельность в институте исследования мозга, совместно с Сидни Кэшом — асситентом профессора неврологии в медшколе Гарварда, он начал работу по исследованию человеческих нейронов. Итоги своего научного труда ученые опубликовали в номере «Cell», вышедшего в свет 18 октября 2018.

Чтобы наглядно представить функцию дендритов, их можно сравнить с транзисторами компьютера, они выполняют те же операции с применением электросигналов. К дендритам направляются сигналы от множества нейронов, таким образом, они словно получают команду «ввод». Далее дендриты направляют полученные сигналы в тело клетки. Самые сильные сигналы превращаются в электрический импульс. Именно он является стимулирующим фактором для прочих нейронов. Подобное взаимодействие больших групп нейронов приводит к генерированию мыслей, а, следовательно, и поведения.

Благодаря разветвленному строению нейроны похожи на ветвистое дерево. «Ветви» отвечают за получение информации из отдаленных от клетки мест. Интенсивность электрических сигналов зависит от того, насколько удален источник и как до него добраться. Распространяясь, сигналы начинают слабеть, чем дальше источник, тем он слабее, чем ближе, тем сильнее он воздействует на клетку. У человека дендриты длиннее, чем у животных и прочих биологических видов, поскольку кора головного мозга отличается большим объемом и составляет 75 % от всей массы мозга. У животных иначе, к примеру, у крысы это соотношение составляет 30 %.

Несмотря на то, что толщина коры головного мозга человека больше крысиной, структура коры у крыс такая же. В коре представлено шесть различных нейроновых слоев. У людей нейроны пятого уровня активно развивались, благодаря чему достигли такой длины, что стали способны передавать электрические импульсы к нейронам первого уровня.

Команда ученых, проводивших исследовательскую работу, поставила задачу, выяснить, какое именно влияние оказывает различие по длине нейроны на электрические свойства дендритов. В своем научном исследовании они сравнивали дендриты крысиного головного мозга и человеческого. Элементы человеческого мозга, ученые получили в ходе проведённой нейрохирургами операции по удалению височной доли у больного эпилепсией. Для того чтобы добраться до деформированных тканей мозга, хирургам потребовалось убрать маленькую часть здорового участка в области височной доли. Эта часть стала образцом для исследования ученых. Передняя височная доля у больных, страдающих эпилепсией, не подвергается патологическим изменениям и по своей функции остается такой же, как у здоровых людей. Поэтому фрагмент ткани стал полноценным образцом для исследовательской работы. Эта область головного мозга принимает участие в различных функциях, в том числе и в речевом процессе. Удаление маленькой части, размером с ноготок не повлияет на работу мозга и не ухудшит его состояние.

Сразу же после извлечения, ткань поместили в раствор, по своему составу аналогичный спинномозговой жидкости, в нее постоянно поступал кислород. Такая среда позволила продолжить жизнедеятельность ткани в течение двух суток. За этот период ученые должны были успеть проделать исследовательскую работу и тщательно исследовать биоматерил. Применяемая ими методика по-английски называется patch — clamp, если эту фразу дословно перевести на русский язык, то она будет звучать, как «фрагмент зафиксировать», а именно — метод локальной фиксации. Чтобы измерить электросигналы, движущихся по дендритам и возбуждающих нейроны коры мозга, ученые применили специальное контрольно-измерительное оборудование. Тестированием занимался ученый-аспирант кафедры головного мозга Боэлье Ларош, который также принимал участие в научном опыте и написал отчет о проделанной работе. Харнетт с коллегами в своей лаборатории занимался исследованием мозга крыс. Но он первый обнаружил особенности электрофизиологической функции дендритов у человека. Команда ученых, входе проведенной работы, доказала, что у людей дендриты более вытянуты и способны передавать сигналы из первого слоя коры головного мозга в пятый, на что не способен крысиный мозг, как и мозг любого другого животного. В ходе исследовательской деятельности выяснилось, что в человеческом и крысином мозге аналогичное число ионных каналов, отвечающих за движение электротока, однако у людей эти каналы менее плотные, поскольку дендриты имеют удлиненную структуру. Группа ученых создала биофизическую модель, которая визуально демонстрирует, что данное различие объясняется разной электрической активностью в дендритах человека и крысы.

Не до конца раскрытым остается единственный вопрос. Ученым еще предстоит более выяснить, как различия отражаются на возможностях человеческого мозга. Харнетт высказал гипотезу, что благодаря выявленным различиям, большее количество участков дендритов оказывает влияние на интенсивность входящих сигналов, поэтому отдельные нейроны получают способность обрабатывать получаемую информацию быстрее и качественнее. Харнетт утверждает, что если сопоставить отдельно взятый участок человеческой коры и аналогичный кусочек коры мозга крысы, то можно увидеть, что у человека поступающая информация будет обрабатываться быстрее нежели, чем у крысы. Имеются и прочие отличия между нейронами человека и животных, это затрудняет обнаружение эффектов электрических свойств дендритов. Ученый не собирается останавливаться на достигнутом и продолжит свое исследование. Он планирует заняться более подробным исследованием электрических свойств дендритов, их влияние на нейроны, каким образом они усиливают мощность процессов работы мозга.

---

Бренды по теме

Testo SE & Co Hanna Instruments