Порождение смысла кучей песка

Лишь недавно выяснилось, что возбуждение и торможение нейронов сопровождается разрывами цепей ДНК. Фото Reuters

В далеком 1963 году Нобелевскую премию по медицине получили британские физики А. Ходжкин и А. Хаксли, занимавшиеся во время войны изобретением магнитных мин и защитой от них. Работа была опасная, кропотливая и связана с различными проводами. Исследования велись в Портсмуте на базе ВМС, что позволило ученым познакомиться с морской фауной и в частности – с гигантскими кальмарами. Нервы, проходящие в щупальцах этих головоногих моллюсков, имеют сечение более миллиметра…

Премию британцам дали за уникальное открытие натрий-калиевых насосов, «гоняющих» ионы щелочных металлов туда-обратно через клеточную мембрану. Поначалу думалось, что процесс этот сходен с диффузией носителей заряда. Однако оказалось, что мембрана после возбуждения нервной клетки как бы запирается и не отвечает более на раздражение. По прошествии определенного времени все приходит в норму и возбудимость восстанавливается.

Было, правда, непонятно, почему электрический импульс, порожденный притоком ионов, доходит до синапса – точки соединения двух нейронов или нерва с мышцей, и «пропадает», чтобы вновь возникнуть по другую сторону синаптической щели. Много позже стало ясно, что электрический импульс необходим для сталкивания внутри аксонов и дендритов пузырьков-везикул с нейромедиаторами.

На границе синапса везикулы, подобно мыльным пузырям, лопаются, выбрасывая в щель адреналин и ацетилхолин (ACh), молекулы которых соединяются с белковыми рецепторами в противоположной мембране, открывая в них ионные каналы. Их протеины весьма древние, эволюционно консервативные, и есть даже у кишечной палочки (E. coli), не имеющей в отличие от наших клеток ядра. Интересно, что при сечении ионов натрия и калия 0,1 и 0,14 нанометра, а поперечный размер ионного канала составляет 0,4 нм, то есть в три-четыре раза больше. На самом деле он значительно меньше, поскольку в полость канала выступают боковые цепи аминокислот, участвующие в переносе ионов в клетку и вне ее.

Нейробиологи бьются над тем, каким образом совокупность в общем-то несложных процессоров, происходящих в отдельных нейронах, способна осуществлять сложнейшие операции мышления, генерацию эмоционального состояния и ответов на внешние стрессы. В качестве модели подобного наращивания сложности предложена куча из множества песчинок. Это  красивая аналогия одного из возможных подходов решения проблемы, предложенного сотрудниками Пенсильванского университета в Филадельфии. Их работа опубликована в журнале American J. of Sociology.

Ученые рассмотрели функционирование одной из социальных сетей в диффузном и более структурированном формате работы. Группирование сети способствует более быстрому и широкому распространению новых идей. Всем понятно, что группы с жесткими границами не способствуют свободе идей. Авторы пишут, что идеи овладевают массами подобно распространению заразной инфекции и сравнивают «жесткие» группы с вынужденным введением карантина. Ослабление консолидации групп сравнимо со сменой режима, когда обществу дают определенного рода поблажки и послабления, а в результате  люди возрождают творческий потенциал.

В мозге тоже есть диффузные группы клеток, которые специализированы к импульсам разных модальностей (зрение и слух, боль и ощущение ароматов). Но между этими полями коры и подпитывавшими их снизу подкорковыми структурами имеются довольно «рыхлые» ассоциативные поля, в которых идет распространение «идей» и их объединение. До создания полной картины и карты мозговой активности пока далеко, поэтому ученым приходится довольствоваться детальным изучением отдельных рецепторов.

Удобно это делать, изучая, например, как эти рецепторы блокируются различными ядами, тем же кураре. Последний представляет собой алкалоид из листьев южно- и центральноамериканских растений, молекулы которого «садятся» на рецептор, улавливающий никотин и ацетилхолин. О вреде первого известно всем, второй же необходим для передачи нервного сигнала на мышцу, вызывающего ее сокращение. Кураре, блокируя рецептор и ионный ток по его каналу, вызывает паралич дыхательной мускулатуры (межреберных мышц). Это его свойство используют анестезиологи в ходе операции на легких.

О грандиозности задачи, стоящей перед молекулярной нейробиологией, говорит тот факт, что в мембранах клеток насчитывают до 10 тыс. различных белков, однако известна структура только трех десятков! Как же мы можем понять работу мозга, если знаем о его функциональных протеинах так мало. А ведь надо также знать о том, как функционирует геном нервных клеток.

Лишь недавно выяснилось, что возбуждение и торможение нейронов сопровождается разрывами цепей ДНК. До сих пор это считалось признаком клеточного озлокачествления и лучевой болезни. Так что работы предстоит еще много, тем более что на исследования в области нейробиологии отпускается значительно меньше средств, нежели на раковые исследования. Хорошо еще, что открытия, сделанные молекулярными онкологами, сегодня быстро распространяются не только с помощью классических бумажных носителей, но также и по различным сетям, не только социальным.