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
