Ученые смогли доказать, что в дендритах идет отдельный процесс обработки информации. Детально их работа описана в журнале Nature, а краткое изложение приводит Medical Express.
Исследователи ввели в мозг мышей тонкие микроэлектроды, при помощи которых смогли измерить электрическую активность отдельных дендритов в клетках второго и третьего слоя зрительной коры. Предыдущие эксперименты, проведенные другими учеными, показали что активность этих клеток меняется тогда, когда животное смотрит на чередующиеся вертикальные полосы: в данном участке коры происходит обработка сравнительно простой зрительной информации.
Новые наблюдения подтвердили недавно выявленный факт: дендриты, которые обычно рассматривают как пассивные проводники электрохимических импульсов, способны сами создавать подобные сигналы. Причем новое исследование установило, что регистрируемые в дендритах сигналы не повторяют те, которые возникают в основном теле клетки.
Запись активности нейрона
Иллюстрация: Smith et.al, Nature, 2013
Справа показаны сигналы в дендритах, а слева - в теле нейрона. Сверху мыши показывали полосы, которые двигались в ту сторону, на которую настроен этот нейрон, а снизу направление менялось на 90 градусов. Звездочками показаны импульсы, которые достигли дендритов, но возникли в основном аксоне.
Нейрон с флуоресцентным красителем
В одном из опытов ученые использовали специальный краситель, который флуоресцирует в присутствии ионов кальция. Он подавался по пипетке, которая видна в верхней части изображения.
Исследователям удалось не просто продемонстрировать появление в дендритах собственных сигналов, но и предложить гипотезу относительно их предназначения. Ученые обратили внимание на то, что зарегистрированные ими импульсы формируются NMDA-рецепторами: особым типом ионных каналов, которые отличаются большей инерцией.
Их открытие и закрытие происходит не так быстро, как изменение состояния ряда иных рецепторов. Поэтому активность дендритов зависит не просто от последовательности полученных импульсов, а от формы огибающей сигнала. Огибающей называют кривую, проходящую через максимумы отдельных пиков высокочастотного сигнала, а анализ огибающей требуется во многих случаях и активно используется при цифровой обработке сигналов в технике. По мнению авторов нового открытия, мозг делает подобные операции именно за счет дендритов, которые, таким образом, оказываются вовсе не пассивными элементами.
Ученые пишут, что в ходе опытов им пришлось столкнуться с серьезной проблемой. Стеклянные микропипетки было достаточно сложно точно подвести именно к тонким дендритам, а не сравнительно большой соме (телу) нейрона. После же контакта с мембраной электрод регистрировал как локальные всплески активности, так и те нервные импульсы, которые распространялись по аксону и затрагивали другие части клетки: эти сигналы потребовалось отделять от интересующих физиологов локальных импульсов.
Обработка зрительной информации у животных происходит в несколько этапов. Первый из них связан с клетками сетчатки глаза, которые формируют локальную нейронную сеть и передают дальше уже предварительно обработанные данные. На втором этапе включаются клетки таламуса, которые затем уже передают сигнал к зрительной коре. Сложные операции требуют вовлечения и других отделов коры: недавнее исследование показало, что мысленное разделение составной фигуры на части требует согласованной работы как минимум около десятка отделов мозга.