Ученые Лихайского университета (США) обнаружили ранее неизвестные механизмы работы нейронов в головном мозге. Они объяснили асимметрию передачи нейронных сигналов строением синапсов.
В статье, опубликованной в журнале eNeuro, исследователи раскрывают, какие именно факторы влияют на возникновение загадочной асимметрии — неравноценности прямой и обратной передачи сигналов между двумя нейронами. В электронике это соответствует «полупроводниковому» механизму протекания тока (p-n-переходы, контакты Шоттки и пр.). Как известно, нейроны — это электрически возбудимые клетки, работа которых во многом похожа на работу электрических/электронных цепей.
Для объяснения асимметрии специалисты использовали многокомпонентные модели нейронов, связанных через дендритные электрические синапсы. Дендритами называют разветвленные отростки нервных клеток, которые получают сигналы от аксонов (длинных отростков нейронов — прим. ред.) или других дендритов. В последнем случае синапсы — контакты между нейронами — являются дендро-дендритическими. От строения дендритных синапсов зависит, сколько сигналов будет получать нервная клетка.
Оказалось, что источниками асимметрии между двумя нейронами является особое расположение синапсов вдоль дендритов, дендритная геометрия, входное сопротивление и направление проводимости. Эти же особенности могут маскировать асимметрию, то есть создавать впечатление, будто двусторонняя связь между нейронами симметрична, когда это не так. Сама асимметрия влияет на две основные функции нейронов — синхронизацию спайков и ритмическую синхронность.
Синхронизацией спайков называют одновременную активацию группы нейронов, по мембране которых проходят волны возбуждения или спайки. Нейроны, которые периодически активируются одновременно, генерируют ритмы, которые играют важную роль в процессе обработки информации, что влияет на память, внимание, пространственное ориентирование и другие когнитивные функции.
Потенциально данное открытие может помочь создать аналог мозга средствами современной микроэлектроники.