Постоянно меняющийся контакт между клетками делает возможным мысли. Ученые из Института нейробиологии Макса Планка объяснили, почему этот процесс не занимает часы. Изображение: Институт нейробиологии Макса Планка / Lohmann
(PhysOrg.com) – нервные клетки постоянно создают новые точки контакта со своими соседними клетками. Так развивается основная структура нашего мозга. У взрослых новый контакт делает возможным обучение и память. Однако не всякий контакт между ячейками полезен – большая часть его снова очень быстро разбирается. Ученые из Института нейробиологии Макса Планка в Мартинсриде недалеко от Мюнхена описали совершенно новую технику, с помощью которой нервные клетки могут оценивать качество клеток, с которыми они контактируют, очень экономно времени и энергии. (Neuron, 31 июля 2008 г.)
Мозг состоит из ста миллиардов нервных клеток. Более того, каждая из этих ячеек связана со своими соседями тысячами точек контакта. Во время развития мозга молодые нервные клетки должны контактировать с правильными клетками-партнерами, чтобы мозг мог выполнять свои сложные функции. Тем не менее, контакт между нервными клетками также постоянно устанавливается и разрушается у взрослых. Именно эта непрерывная перестройка мозга позволяет нам учиться и забывать.
Сложная перестройка мозга
На построение и восстановление мозга уходит много энергии – недаром мозг является органом с наибольшим потреблением энергии. На самом деле он должен потреблять гораздо больше энергии. Это связано с тем, что как молодые, так и взрослые нервные клетки позволяют многим сотням клеток расти по направлению к своим соседям. Если ячейки вступают в контакт, им необходимо обмениваться информацией о качестве соединения: если ячейки не подходят друг другу оптимально, расширение снова выходит из строя через короткое время, от нескольких секунд до нескольких минут.
До сих пор предполагалось, что нервные клетки могут обмениваться информацией только через синапсы, которые являются особыми контактными точками. Однако синапсам требуется до двух дней, чтобы они стали полностью функциональными – пустая трата времени и энергии, если контакт снова будет нарушен. На развитие мозга могло бы потребоваться почти 1000 лет, если бы синапс созревал при каждом контакте с клеткой.
Кальций: ключ к эффективности
Похоже, что нервные клетки также могут получать информацию о своих соседях даже без синапсов. Нейробиологи Кристиан Ломанн и Тобиас Бонхёффер из Института нейробиологии Макса Планка объяснили, как они это делают. Ученые пометили ряд нервных клеток флуоресцентными красителями, наблюдали их под специальным микроскопом и открыли секрет обмена информацией: локальные кальциевые сигналы очень быстро передают всю необходимую информацию в клетку. Синапс действительно развивается только тогда, когда клетка и точка контакта оказываются подходящими кандидатами для длительного контакта.
Как это работает в конкретных условиях? Когда удлиняющееся расширение встречается с соседней клеткой, у ее основания запускается высвобождение кальция. Затем этот кальциевый сигнал действует как знак остановки: расширение немедленно перестает расти. В то же время этот сигнал уже содержит всю важную информацию о качестве нового контакта: контакт остается неповрежденным только в том случае, если кальциевый сигнал значительно выше, чем окружающий уровень кальция в клетке. В противном случае расширение удаляется, и нервная клетка ищет подходящую клетку-партнер в другой точке.
Подходит как для молодых, так и для старых
"Мы были поражены эффективностью этой техники," говорит Тобиас Бонхёффер. "Он экономит время и энергию мозга, и в то же время собирает важную информацию – так сказать попутно." Ученые предполагают, что нервные клетки в мозгу взрослого человека используют тот же метод для взвешивания своих партнерских клеток. Это позволяет быстро найти правильную партнерскую ячейку и завершить мысль.
Образец цитирования: Кристиан Ломанн и Тобиас Бонхёффер, Роль локальной передачи сигналов кальция в быстром выборе синаптических партнеров дендритными филоподиями, Neuron, 31 июля 2008 г
Предоставлено Институтом нейробиологии Макса Планка