Ученые открыли новый путь передачи нервных импульсов

Человеческий мозг состоит из ста миллиардов нервных клеток, каждая из которых связана с "соседями" тысячами контактов, которые то возникают, то отмирают.

Исследователи из Института нейробиологии Макса Планка (Германия) впервые описали способ передачи информации между нервными клетками, который даст нейрофизиологам шанс разработать технологию, повышающую уровень интеллекта и памяти людей практически до компьютерных параметров.

Известно, что мозг является органом, потребляющим больше всего энергии - примерно 25% от всех нужд организма. Такие траты продиктованы как раз необходимостью постоянного строительства новых путей между нервными клетками. Как только клетки вступают в контакт, они обмениваются пробными импульсами, дающими представление о качестве связи.

И если сигнал проходит слишком медленно или вообще не доходит до пункта назначения, бесполезный канал в течение нескольких секунд ликвидируется. Процесс непрерывного разрушения и последующей реконструкции нейронных связей в мозге обуславливает способность познавать новое и забывать старое. Однако усложнение нейронной структуры мозга после определенного возраста сменяется на прямо противоположные процессы - существующие пути по-прежнему демонтируются, а новых создается гораздо меньше, из-за чего скорость мыслительных процессов в преклонном возрасте снижается, а память ухудшается.

"С возрастом процесс усыхания нервных клеток становится все более интенсивным, а число функционирующих нейронов постоянно снижается, - рассказал РБК daily биофизик, эксперт Института биологии старения Игорь Артюхов. - До какого-то момента утраченные связи компенсируют новые нейронные пути. Но чем старше становится человек, тем медленнее нейронная сеть восстанавливается. Кроме того, патологические возрастные изменения в мозге, как тромбоз сосудов, синдром Альцгеймера, при котором поражается кора головного мозга, или болезнь Паркинсона, когда гибнут нервные клетки среднего мозга, негативно влияют и на качество, и на скорость передачи сигналов между клетками".

Также нервные сигналы, отправляясь по неподходящим каналам, не всегда доходят до "пункта назначения", из-за чего умственный потенциал даже у молодых людей не может достигнуть пика своего развития. "Известно, что между скоростью передачи сигнала и способностью мозга к обучению существует обратная взаимосвязь, - пояснил Игорь Артюхов. - Так, в течение первых 30 лет жизни нервные волокна мозга покрываются ниелиновым слоем, который улучшает прохождение импульса, обеспечивая хорошую концентрацию внимания, память и реакцию на привычные стимулы.

Но одновременно с этим ниелиновая оболочка ухудшает способность клеток к перестройке, снижая познавательные способности. У детей же скорость нейронных сигналов ниже, чем у взрослых, поэтому малышам трудно сосредоточиться, но при этом способность схватывать новую информацию гораздо выше". В связи с этим немецкие ученые из Института нейробиологии Макса Планка изучили скрытые способности мозга, позволяющие в несколько раз увеличить скорость передачи нервных импульсов. Оказывается, нейроны могут не только устанавливать связь с соседними клетками, но и предварительно оценивать "работоспособность" клеток, принимающих сигнал, и таким образом выбирать кратчайший верный маршрут.

До сих пор ученые полагали, что первые сигналы проходят через синапсы - "точки соприкосновения" между нейронами. Однако для того чтобы синапсы новых клеток стали полностью функциональны, должно пройти около двух дней - время, которое в случае бесполезности контакта для мозга означает пустую трату времени и энергии. Так, развитие мозга заняло бы почти 1000 лет, если бы установление первичного контакта между всеми нейронами происходило только через синапсы.

В связи с этим ученые попытались выявить те факторы, которые позволяют клеткам передавать наиболее точные импульсы уже сразу после рождения. Исследователи пометили достаточно большой участок нервных клеток мозга флуоресцентными красками и с помощью мощнейшего микроскопа наблюдали за процессом обмена информации. Оказалось, что, когда синапс только фактически развивается, опознавательные сигналы от клетки к клетке проходят с помощью солей кальция.

"Ионы кальция играют важнейшую роль в передачи нервных сигналов, ведь при отсутствии этого элемента межклеточные контакты разрушаются", - отметил кандидат медицинских наук доцент кафедры биохимии медико-биологического факультета РГМУ Николай Адрианов. Как только кальциевый сигнал связывает клетки, к ним тут же поступает информация о целесообразности сохранения данного канала сообщения.

И если связь признается дефективной, канал тут же деформируется, а клетки начинают искать другие пути. По словам руководителя исследования Тобиаса Бонхеффера, эффективность этого способа передачи данных изумляет. Ведь экономя время и энергию, нервные клетки мозга создают каналы коммуникации и в то же самое время, как бы мимоходом, собирают важную информацию. Именно это открытие, по мнению немецких ученых из Института нейробиологии Макса Планка, позволит оптимизировать сообщение между нейронами мозга человека, во много раз увеличив скорость реакций, и разработать технологию, в буквальном смысле повышающую уровень интеллекта и улучшающую память. Кроме того, зная об этой способности кальциевых сигналов, врачи смогут вылечивать такие заболевания, как болезнь Паркинсона и Альцгеймера, и практически полностью восстанавливать способности пациентов, перенесших инсульт.