Личный кабинет

Что происходит в нейроне при обучении?

27.04.2013

Учёные из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, используя тонкие методы клеточной нейрофизиологии, приблизились к пониманию того, что происходит в нервной клетке (нейроне) при обучении. Исследуя мозг моллюска прудовика, они обнаружили: обучение условному рефлексу приводит к тому, что на мембране тела гигантского нейрона надолго изменяется заряд, вследствие чего увеличивается выброс молекул вещества – переносчика сигнала, то есть нейромедиатора. В дальнейшем эти знания могут помочь в прояснении механизмов, ответственных за обучение у млекопитающих.

Способность любого существа к обучению зависит от пластичности его нервной системы, то есть её изменений при получении нового опыта. С тех пор как стало известно, что мозг состоит из нейронов, связанных между собой особыми контактами – синапсами, появилось предположение, что изменение силы, характера и формы таких контактов (синаптическая пластичность) обеспечивает обучение на клеточном уровне. На нынешнем этапе развития науки это предположение фактически считается догмой. Однако нейрон не ограничивается лишь контактами с себе подобными: эта клетка состоит из тела, аксона (отростка, по которому нейрон передаёт информацию) и дендритов (отростков, на которые приходят сигналы от других клеток). Во всех частях нейрона также могут происходить изменения, только в таком случае пластичность называется несинаптической, поскольку не затрагивает непосредственно сам синапс.

Не посвящённому в тонкости нейронауки читателю могут показаться невероятно сложными процессы, в которых задействованы разные части клеток мозга. Собственно, так оно и есть: чем глубже учёные постигают природу клеток, тем больше новых, подчас неожиданных нюансов и взаимосвязей в них обнаруживают. В частности, установлено, что тело нейрона передаёт некие сигналы к месту контакта двух клеток (учёные называют единицу такого сигнала потенциалом действия, подразумевая резкое изменение разности зарядов внутри и снаружи клетки в сторону положительных значений – деполяризацию), при этом происходит выброс вещества – передатчика сигнала, то есть нейромедиатора. «Переводчиком» с языка электрических сигналов на язык нейромедиаторов служат ионы кальция, которые при возникновении потенциала действия входят в аксон по всей его длине. От количества этих ионов зависит то, сколько нейромедиатора выделит нейрон.

Как в зависимости от различных параметров изменяется вход кальция в аксон, попытались выяснить учёные из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН совместно с исследователями из Университета Сассекса. В качестве модели для изучения они использовали одну из гигантских нервных клеток водного моллюска – прудовика.

Прудовик в качестве объекта был выбран не случайно: как и у многих моллюсков, родственных улиткам, его нервная система содержит гигантские по клеточным масштабам нейроны, которые можно легко распознать у каждой особи одного вида. Притом некоторые крупные клетки, как было выяснено, отвечают за проявление конкретных целостных форм поведения: пищевого, оборонительного, полового. Тот нейрон, на котором проводилось данное исследование, включён в цепочку пищевого поведения.

В ходе исследования обнаружилось, что кальциевый сигнал, который в норме тем слабее, чем дальше от тела нейрона он измеряется, остаётся практически на таком же уровне по всей длине аксона, если прудовика предварительно обучали условному рефлексу на пищу, то есть вырабатывали ассоциацию между нейтральным вкусом одного раствора и «приятным», «съедобным» – другого. Тот же эффект достигался, если гигантский нейрон был искусственно слабо деполяризован, не так сильно, как при возникновении потенциала действия. Анализируя результаты, учёные пришли к выводу, что сила контакта между нервными клетками и передачи сигнала через этот контакт зависят от таких, казалось бы, далёких от дела элементов, как заряд на мембране тела нейрона. А заряд, в свою очередь, напрямую зависит от того, обучалось животное или нет.

Учёные отмечают, что этот эксперимент – лишь начальный этап по выявлению новых закономерностей работы механизма, ответственного в живом организме за обучение. Несмотря на свою простоту, нервная система прудовика имеет для исследователя один минус: она не похожа на нашу. К тому же эксперименты почти всегда проводятся на «диких» беспозвоночных. «Не существует, например, трансгенной улитки, поскольку создание такого животного потребовало бы больших затрат, которые в случае трансгенных мышей были частично покрыты фармацевтическими компаниями, – говорит Евгений Никитин, один из авторов статьи. – В наши планы входит продолжение аналогичных исследований на млекопитающих, поскольку для определённого типа клеток их мозга был показан феномен, похожий на тот, что мы нашли в нейронах прудовика».

Все новости