Мозок в десять разів активніший, ніж вважалося раніше, з’ясували дослідники з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA). Нова робота, на думку фахівців, здатна змінити уявлення вчених про роботу мозку. Також дослідження може привести до створення більш досконалих комп’ютерів і нових підходів в лікуванні неврологічних розладів.
Вчені вивчали структури і функції дендритів, які є розгалуженими відростками нейронів (нервових клітин). Пояснимо, що нейрони самі по собі є відносно великими деревоподібними структурами, що складаються із тіла клітини (соми) і численних відгалужень – дендритів. Соми генерують короткі електричні імпульси (їх називають соматичними сплесками) з метою “спілкування” один з одним.
Довгий час дослідники вважали, що соматичні сплески активізують дендрити, які пасивно “передають” сигнали іншим сомам нейронів. Іншими словами, вважалося, що дендрити – це всього лише “безвольні” провідники. Через них електричні імпульси, який дендрити отримують зі синапсів клітин (з’єднань між двома нейронами), надсилаються до сомів.
Але нове дослідження показало: дендрити створюють власні сплески і навіть у десять разів більші, ніж соми.
“Дендрити становлять понад 90 відсотків усієї нервової тканини. Усвідомлення того, що вони набагато активніше, ніж соми, принципово змінює наше уявлення про те, як мозок обробляє інформацію”, — говорить провідний автор дослідження Маянк Мехта (Mayank Mehta) з UCLA.
На його думку, дослідження може прокласти шлях для створення нових способів лікування неврологічних розладів і допоможе розвитку комп’ютерів, схожих на людський мозок.
“Ми з’ясували, що дендрити – це фактично гібриди, які можуть виробляти аналогові і цифрові обчислення. Такий висновок означає, що вони принципово відрізняються від цифрових комп’ютерів, але вони дещо схожі з аналоговими квантовими комп’ютерами”, — зазначає Мехта.
Протягом дуже довгого часу фахівці в галузі нейронаук були впевнені, що нейрони – це якісь аналоги цифрових пристроїв (вони генерують сплеск, або ні).
“Результати дослідження показують, що дендрити ведуть себе не тільки як чисто цифрові пристрої. Дендрити дійсно генерують цифрові імпульси, але вони також показують великі механічні коливання”, — розповідає дослідник. Він додає, що це сильно різниться з думкою, яка панувала в науці близько 60 років.
Зазначається, що дослідники вже фіксували здатність дендритів генерувати імпульси. Проте вчені з UCLA не були впевнені, що подібний процес трапляється при природній поведінці (невідомо було і те, як часто це відбувається).
Вчені вирішили це перевірити. Протягом чотирьох днів вони вимірювали активність дендритів у щурів. Останні могли вільно пересуватися по великому лабіринту. Зазначається, що фахівці вимірювали активність в задній тім’яній корі щурів, що грає ключову роль при плануванні рухів.
Виявилося, що дендрити набагато більш активні, ніж тіла нейронів. Наприклад, поки щури спали, дендрити генерували в п’ять разів більше імпульсів, а поки гризуни спали і вивчали лабіринт – в десять разів більше.
“Раніше більшість попередніх моделей припускали, що навчання відбувається тоді, коли соми двох нейронів активізуються одночасно, — пояснює інший автор роботи Джейсон Мур (Jason Moore) з UCLA. — Наші результати свідчать про те, що навчання може відбуватися, коли одночасно збуджуються вхідний нейрон і дендрит. Можливо, що в різний час активні різні ділянки дендритів. Тобто процес навчання, ймовірно, може відбуватися в межах одного нейрона і є більш гнучким”.
Мехта додає, що рішення набагато частіше приймаються в дендритах, ніж у сома. “І такі обчислення не тільки цифрові, але і аналогові”, — додає він.
Через технологічні труднощі значною мірою всі дослідження функцій мозку були зосереджені на тілах клітин. “Наша ж робота змінює уявлення про те, як нейрони обробляють інформацію”, — підсумовує Мехта.