Сватовство нейронов

Как заметил однажды российский ученый Л.Блюменфельд, "живая материя - самый интересный предмет исследований для живой материи, способной к исследованию". Последние достижения в области исследования нейрофизиологических механизмов функционирования человеческого мозга лишнее тому подтверждение.

Долгие годы ученые искали ответ на вопрос, каким же образом растущий нейрон узнает, с кем, собственно, ему следует образовать связь? Нейроны, как люди, нуждаются в образовании связей. "Это их предназначение, и они ему следуют, - приводит слова Корнелии Баргман, профессора анатомии в Медицинском Институте Говарда Хьюза, со ссылкой на журнал Cell, агентство InformNauka. - И точно так же как у людей, судьба нейронов сильно зависит от того, правильный ли они сделают выбор". Такие заболевания, как хроническая эпилепсия и хронический болевой синдром, связаны именно с тем, что нейроны образуют неверные связи.

Работа Корнелии Баргман и ее сотрудника Канг Шена показывает, что существует специальный белок, помогающий нейронам узнать друг друга. Белок этот называется SYG-1, по имени гена syg-1, который его кодирует. Роль этого белка в формировании контактов между нейронами синапсов была обнаружена путем наблюдения за развитием круглого червя Cenorabditis elegans. Это животное прозрачно, и с помощью специальных методов окрашивания можно наблюдать сквозь прозрачное тело червя, как именно нейроны устанавливают связи друг с другом в процессе развития живого организма. Оказалось, что нейроны червей, у которых ген syg-1 выключен специальным генетическим методом, не способны устанавливать верные контакты друг с другом. У нормальных же червей белок SYG-1 служит рецептором, который узнают клетки растущего нейрона.

Оказалось также, что два нейрона, которым суждено вступить в контакт, не могут сделать этого самостоятельно. Они нуждаются в посреднике - клетках-указателях, которые выделяют некий еще не найденный фактор. Белок SYG-1 воспринимает этот фактор, и благодаря этому нейроны находят друг друга. Нейрон как бы "вынюхивает" с помощью белка SYG-1, где именно находится клетка-указатель, и образует нужный контакт. "Это придает нейронам уверенность, что они установили верное соединение в правильном месте", - поясняет профессор Корнелия Баргман. Возможно, считает она, подобные молекулы осуществляют "сватовство" нейронов и в других организмах, может быть, даже у человека.

По-видимому, в общих чертах так оно и есть. И все-таки что касается нейронов человеческого мозга, то тут дело обстоит куда сложнее, чем у прозрачных червей. И это отнюдь не просто шовинизм вида Homo Sapiens по отношению к виду Cenorabditis elegans.

Так совсем недавно, по сообщению PhysicsWeb, физики университета Тель-Авива впервые показали, что нейроны могут самоорганизовываться в электрически активные кластеры, которые соединяются между собой пучками аксонов.

Эшель Бен-Якоб и его коллеги изучали влияние плотности клеток на формирование нейронных кластеров. Они вырастили культуру нейронов мышиного мозга на поверхности нитрида кремния и провели замедленную видеосъемку ее развития. Оказалось, что нейронная сеть, изначально равномерная, создает "границы", которые делят ее на несколько областей. Каждая из них "сворачивается" затем в небольшой кластер и остается в таком состоянии в течение 3-4 недель.

Ученые выяснили, что подобные преобразования происходят, только если плотность клеток была более 10 тысяч на квадратный миллиметр. Образующиеся кластеры диаметром около 250 микрометров содержат около 10 тысяч клеток. Связь между ними осуществляется через пучки аксонов толщиной в 10 микрометров. Исследователи измерили величину электрических импульсов, возникающих на поверхности клеток. Нейронные сети могли самостоятельно контролировать силу внутренних связей и форму группы, чтобы удерживать необходимый уровень электрической активности.

По мнению авторов работы, полученные результаты важны для понимания самоорганизации центральной нервной системы и мозга. Теперь исследователи планируют вырастить нейронные сети по определенному плану и сравнить их развитие с теми, что растут "сами по себе".

Любопытно, что, решая подобные задачи, мы попадаем в некую методологическую ловушку: человеческий мозг как бы пытается понять, объяснить себя через себя же. Как разорвать этот замкнутый круг? Академик Павел Симонов по этому поводу отмечает: "Когда мы имеем дело с мозгом человека в отличие от мозга животных, то перед нами предстают две реальности, неразрывно связанные, скорее дополняющие, чем заменяющие друг друга. С одной стороны, мозг - это объект, который можно изучать, анализировать, в том числе инструментальными методами (электрическая активность, строение, химический состав и т.д.). И в этом качестве он не отличается от любого другого природы. Но есть и субъективная сторона, связанная с деятельностью мозга, - наше сугубо личное отношение к миру, оценка этого мира. Поэтому мне кажется, нужно постоянно учитывать эту взаимную дополнительность объективного и субъективного подходов к деятельности мозга".