На что похож нервный импульс

Два импульса, идущих по аксону навстречу друг другу (красным показаны участки уплотнения его мембраны). Иллюстрация Physorg

Михаэль Шумахер выписался из больницы, в которой провел полгода в коматозном состоянии и теперь должен восстанавливаться дома. На экраны вышел фильм со Скарлетт Йоханссон, в котором ее героиня-блондинка с помощью синтетического наркотика повышает уровень активности своего мозга чуть ли не до 25% (после чего доходит в своем развитии до австралопитека Люси, давшей название фильму). Тем самым автор сценария повторил старую байку о том, что наш мозг в норме недостаточно активен. Это убеждение родилось во времена, когда в мозг крыс вгоняли проволоки (микроэлектроды).

Вскоре после Второй мировой войны эти самые проволоки, налагавшиеся на нервные отростки, привели к рождению идеи о том, что нервный импульс – это электроток (за что вручили Нобелевскую премию). Лауреаты ничего не знали о мембранах, микротрубочках, нейромедиаторах, их транспортировке в пузырьках-везикулах по отросткам, о выделении адреналина в синапсах – точках контактов нервных клеток. Неизвестны были и методы визуализации, позволяющие увидеть процессы, протекающие в глубинах мозга.

Лаборатория Лоуренса в Беркли, пригороде Сан-Франциско, объявила в приложении к журналу Nature о начале работы нового рентгеновского микроскопа с разрешением в несколько нанометров. Сейчас сканирование изучаемого объекта занимает 0,8 сек, но в следующем году ученые надеются сократить его до нескольких миллисекунд. Еще четыре года назад с помощью рентгена удалось детально рассмотреть строение клетки, а также ее двуслойных оболочек-мембран.

Наука от слепой веры отличается тем, что новые подходы и методы исследования позволяют задавать неудобные вопросы и сомневаться в справедливости старых воззрений даже признанных авторитетов и корифеев. Зигмунд Фрейд говорил о подсознании, но что это такое? «Отцы» нервного импульса как электрического тока не могли объяснить его передачу в синапсах, представляющих собой точки «разрыва» в сети. Проблема разрешилась только с открытием нейромедиаторов и их белковых рецепторов: связывание допамина (дофамина) с его рецепторами порождает чувство удовлетворения и удовольствия от той же еды. Ионный ток, генерируемый в клеточных мембранах, необходим для транспорта везикул с нейротрансмитерами к синапсам.

Две мембраны со щелью между ними, красные белки с разными функциями.

Несколько лет назад ученые Копенгагенского университета поставили вопрос о природе распространения нервного импульса, который в отличие от тока электрического течет по отростку в разных направлениях. Журнал Physical Review опубликовал экспериментальное подтверждение того, что импульс распространяется по мембране в виде механического солитона. Два импульса, идущие по аксону в противоположных направлениях, не гасят друг друга, а проходят насквозь подобно звуковым волнам. При этом жидкая в спокойном состоянии оболочка затвердевает, и генерируемый ток является следствием пьезоэлектрического эффекта.

Пока трудно представить, как это открытие скажется на развитии нейробиологии и лечении нервных заболеваний, но по крайней мере учение о рецепторах давно уже приносит существенные плоды. Сотрудники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе повышали активность одного из ферментов (киназы) в мозге мышей, что приводило к увеличению его очистки от старых клеток и продолжительности жизни мух на 30%. В журнале Cell Reports авторы пишут, что они не останавливали процесс старения, что чревато перерождением клеток, а просто добивались отсутствия старческих болезней. Удивление вызвало то, что подъем активности киназы стимулировал очистку от старых клеток и в кишечнике. И все это благотворно сказывалось на состоянии мозга.

О связи еды и мозга известно уже давно, что неудивительно, если учесть, что чувства аппетита и насыщения рождаются в его глубинах. Журнал Molecular Psychiatry поместил статью исследователей из Национального института здоровья (NIH), что в вашингтонском пригороде Бетезда. Они впервые рассмотрели участие различных отделов допаминовой системы, клетки которой залегают в глубинах мозга, напрямую связанных с перееданием и избыточным весом. Те отделы, что положительно связаны с перееданием и формированием пагубной привычки, залегают в верхних и боковых отделах полосатого тела (Striatum), а отрицательно – внизу и ближе к средней линии (вентро-медиально).

Известно, что люди склонны набирать вес ближе к старости, но в то же время с годами снижается склонность к риску. В Йельском университете оба процесса связали с уменьшением объема, истончением коры, заднего отдела теменной доли правого полушария мозга, отвечающей за наше поведение (J. Neuroscience). Это удалось доказать при МРТ-исследовании мозга сначала 28, а затем 33 человек, принимавших участие в экспериментальных денежных лотереях. Авторы полагают, что при имеющихся сегодня миллионах «сканов» мозга людей можно сделать вывод о склонности населения к риску: проявлению недовольства на улицах, беспорядкам и даже революции...