Актуальность
Биофизические особенности нейрональной обработки информации остаются актуальными вопросами нейробиологии. Известно, что размеры кортикальных нейронов головного мозга человека значимо больше по сравнению с анатомическими характеристиками нервных клеток других видов. Однако по-прежнему неизвестно, каким образом морфологические параметры оказывают влияние на синаптическую интеграцию.
Материалы и результаты исследования
В новом исследовании, применяя образцы тканей головного мозга человека, нейрофизиологи Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), США, установили, что электрические свойства дендритов нейронов человека имеют качественные отличия по сравнению с другими видами. Результаты проведенной ими работы позволяют утверждать, что электрические сигналы ослабевают при прохождении по дендритам, способствуя более высокой степени электрической компартментализации.
По мнению ученых, такие физиологические особенности означают, что небольшие участки дендритов могут функционировать независимо от остальной части нейрона. Также указанные различия могут способствовать повышению вычислительной мощности головного мозга человека.
Комментируя работу, Марк Харнетт (Mark Harnett), доцент нейробиологии, отметил: «В нейронах головного мозга человека существует выраженная компартментализация электрической активности. Это расширяет степень независимого функционирования дендритных единиц, что потенциально объясняет возрастание вычислительных возможностей единичных нейронов». Статья опубликована в издании «Cell» 18 октября 2018 г.
В ранее проведенных исследованиях установлено, что сила электрических сигналов, поступающих в тело нервной клетки, зависит, в частности, от протяженности дендрита. Интенсивность сигнала ослабевает по мере его распространения.
В своем исследовании ученые Массачусетского технологического института сосредоточились на изучении того, каким образом указанные различия могут влиять на электрические свойства дендритов. В ходе работы авторам удалось сравнить электрическую активность нейронов лабораторных животных и дендритов головного мозга человека, используя небольшие участки нервной ткани, взятые у пациентов с эпилепсией, которым проводили хирургическое вмешательство по поводу частичной резекции височной доли.
Исследователи выявили, что электрический сигнал, проходящий по дендритам головного мозга человека из первого слоя в тело клетки в пятом слое, значительно более слабый по сравнению с интенсивностью электрического сигнала в дендритах грызунов. Наряду с этим установлено, что дендриты человека и изучаемого вида животных имеют одинаковое число ионных каналов, регулирующих электрическую активность нейронов. Однако эти каналы имеют более низкую плотность в дендритах человека, что обусловлено его протяженностью. Также исследователями разработана биофизическая модель, объясняющая причины, по которым некоторые различия в электрической активности, наблюдаемые между дендритами человека и грызунов, могут быть обусловлены изменениями плотности морфологических структур.
Выводы и перспективы исследования
В целом, отвечая на вопрос, как описанные различия влияют на особенности функционирования головного мозга человека, ученые выдвинули гипотезу о том, что морфологические вариации прямо связаны с увеличением площади поверхности дендрита, а значит, и определяют силу входящего сигнала по указанному принципу. При этом возможности отдельных нейронов выполнять более сложные аналитические операции возрастают.
В будущих исследованиях авторы планируют более подробно изучить влияние электрических свойств и взаимодействие с иными уникальными характеристиками нейронов человека.
- Beaulieu-Laroche L., Toloza E.H.S., van der Goes M.-S. et al. (2018) Enhanced dendritic compartmentalization in human cortical neurons. Cell, 175(3): 643–651.
- Massachusetts Institute of Technology (2018) Electrical properties of dendrites help explain our brain’s unique computing power: Neurons in human and rat brains carry electrical signals in different ways, scientists find. ScienceDaily, Oct. 18.
Наталья Савельева-Кулик
