Учёные из Лейпцигского университета совместно с коллегами выяснили, что на уровне коры головного мозга — той её части, где происходит мышление, восприятие и обучение — передача сигналов между клетками работает гораздо точнее, чем в задней части мозга, даже когда запаса ионов кальция мало. Казалось бы, он всегда важен для связи, и тут играет ключевую роль. Однако оказывается, в коре связь налажена стабильно и при небольших его количествах.
Учёные подключили две нервные клетки и начали измерять электрические импульсы. Одновременно смотрели, сколько накапливается кальция. Есть хитрый прибор, называемый патч‑клампом, который позволяет буквально подслушивать импульсы. Двухфотонный лазер помогал увидеть кальций прямо в синапсах — таких крошечных мостиках между клетками. Вдобавок придумали новый подход, благодаря которому можно было засечь активные синапсы вдоль отростков, считывая, где именно идут сигналы.
Оказалось, что главную роль играет специальный белок synaptotagmin 1. Он активируется при относительно низких концентрациях кальция и начинает выпуск нейромедиаторов — тех молекул, что несут сигнал дальше. А в других частях мозга, там, где преобладает synaptotagmin 2, нужно гораздо больше кальция. И если его мало, связь рвётся — сигнал не проходит.
В этом открытии есть нечто важное. В коре нужны не только чёткие сигналы, но и возможность адаптироваться — меняться. И synaptotagmin 1 даёт и то, и другое: надёжность и пластичность. Исследователи полагают, что благодаря этому мозг учится, запоминает, реагирует на изменения. Они подчёркивают, что вдумчивое знание о работе здоровой коры в будущем поможет понять заболевания мозга — и, возможно, предложить лечение. Это жутко интересно, ведь мы слишком мало знаем о том, как именно мозг поддерживает баланс между стабильностью и гибкостью. Эти данные могут изменить подход к исследованию проблем вроде деменции или расстройств памяти.
Ещё один любопытный аспект: эти выводы могут пригодиться не только врачам и биологам. Компьютерные инженеры, которые занимаются развитием искусственных нейронных сетей, могли бы вдохновиться таким механизмом. Нечто вроде модели надёжной связи, способной адаптироваться при минимуме ресурсов. Исследователи сами подмечают, что открытие имеет перспективы для машинного обучения и робототехники. Кроме того, авторы опубликовали результаты в престижном журнале Science, и там же приложили математическую модель этого белка-сенсора. То есть теперь любой, кто работает в этой области, может применять те же принципы в своих экспериментах. Пока они только начали: хотят проверить, отличаются ли подобные механизмы в разных областях коры.
Для эксперимента использовали мозг мышей. Вообще многие открытия приходят сначала из этих моделей. Но ведь мы тоже можем многое почерпнуть из этого. Надо только аккуратно проверить, насколько аналогичен механизм у человека. Это одна из основных задач учёных сейчас. Плюс, было бы здорово увидеть продолжение исследования — проверка в других частях коры, например, в лобной области, где принимаются решения.
