Вместе действуем на нервы
Чтобы различать незначительные совпадения и важные связи в нашей жизненной среде, предположительно простые нервные проводящие устройства мозга должны быть чем-то большим, чем быстрые передатчики информации. Но кто отвечает за оценку, сравнение и принятие решений в сети нейронных клеток? Кто-то наверняка слышал о Павлове, его подопытных собаках и их слюноотделении: добрую сотню лет назад русский первооткрыватель сообщал о своих животных, обученных в классическом эксперименте, у которых не только текли слюнки при виде угощений, но и как только прозвенел звонок - хотя вкусного Happihappi нигде не было видно. Павлов предварительно кондиционировал собак: он неоднократно давал им любимую пищу вместе со звоном колокольчика, постепенно связывая звук и пищу в мозгу животных.
Немногим более чем через столетие в динамичной исследовательской области биологии произойдет многое: уже давно ясно, какими неоценимыми преимуществами должны обладать живые существа, от червей до человека, распознавать часто повторяющиеся связи и сохранять их в мозгу. И в течение некоторого времени люди подробно разрабатывали, как нейронные сети на самом деле связывают события окружающей среды, которые происходят вместе, узнаваемым образом. Недавно исследователи сосредоточились на специфическом рецепторе глутамата в нейронах мозга: тот, который активируется сигнальной молекулой N- M этил- D - Aspartat адресуемый NMDA-рецептор.
Он стал ключевым местом в различных мозговых процессах - от процессов обучения и памяти до алкогольной зависимости. Чем дольше изучался рецептор, тем яснее становилось, что он отвечает именно тем требованиям, которые физиолог Хебб установил для «рецептора совпадения» - добрых четыре десятилетия после Павлова, но также примерно за пять до рубежа тысячелетий. Нейрон ЛПР принято постулировать как «синапс Хебба», с помощью которого связь между двумя событиями распознается и реализуется на молекулярном уровне - механизм, воспринимающий «звоны колокольчиков» и «подачу еды» как повторяющиеся ритуала и для нейронного воссоединения с причинами «слюноотделения».
Рецепторы NMDA могут быть ключевым компонентом таких синапсов. Рецепторный белок, состоящий из нескольких субъединиц, работает только тогда, когда одновременно происходят две вещи: нервный сигнал, который поляризует непосредственное мембранное окружение вашей нервной клетки, должен сочетаться с одновременным подключением сигнала передатчика к рецептору. так что рецептор обеспечивает приток кальция в нервную клетку и, таким образом, для дальнейшей обработки. Это неизбежно влияет на коммуникативную связь между двумя одновременно активными нервными клетками. Чем чаще происходят два события, тем больше образуется NMDA-рецепторов, что укрепляет и укрепляет цепь реакций - вероятно, именно это и лежит в основе многих процессов обучения и памяти.
Однако эту теорию не так-то просто доказать: нужно было бы специально отключать NMDA-рецепторы, не нарушая при этом никаких других функций нейронной коммуникации. До сих пор это не было полностью удовлетворительным. Со значительными экспериментальными усилиями Шоужэнь Ся из лаборатории Колд-Спринг-Харбор и его коллеги приступили к работе: исследователи разработали механизм, с помощью которого они могли отключать рецепторы NMDA у своих подопытных животных - дрозофил..
До того, как ученые нажали на этот переключатель, насекомые, вполне способные к обучению, успели распознать два события как важные: Определенный запах, который всегда сопровождался легким ударом током, надежно заставлял мух снять превентивно после этапа кондиционирования из электрифицируемого подполья. Но затем Ся и его коллеги предотвратили производство важного компонента рецептора NMDA, используя РНК-зонд для всестороннего перехвата его схемы матричной РНК, прежде чем он сможет быть преобразован аппаратом синтеза белка в клетках.
Мухи без NMDA продемонстрировали именно те отказы, которых можно было бы ожидать, если бы вышел из строя хеббовский синапс: почти полный отказ их способности к ассоциативному обучению. Хотя насекомые смогли частично компенсировать потерю интенсивным обучением - остается неизвестным, какие замещающие механизмы могли сыграть здесь роль - долговременная память насекомых всегда полностью отказывала без NMDA: весь учебный контент, который был обучен с помощью большие усилия были снова потеряны через короткое время. Что ж, заключают ученые, потому что постоянные пути коммуникации, опосредованные NMDA-рецепторами, больше не могут быть перестроены.
То, что применимо к мухам, заключают исследователи, должно быть применимо и к большому количеству других организмов: рецепторы NMDA плодовых мушек и пчел, нематод и морских улиток очень похожи по структуре и функциям. Синапс Хебба, молекулярный механизм, с помощью которого совместно происходящие события окружающей среды связываются нейронами, вероятно, является древним общим наследием животного мира.