Почему мы умнее черепахи?

Нервная дружба



Немецким неврологам и нейрофизиологам удалось решить одну из основополагающих проблем, связанных с работой нервной системы человека. Проблема состоит в том, что высокую гибкость и скорость, с которой выполняют нейроны свою работу, нельзя объяснить при помощи существующей модели Хаксли-Ходжкина - центральной концепции нейрофизиологии, удостоенной в 1952 году Нобелевской премии.

Исследователи из Института динамики и самоорганизации Макса Планка и Центра вычислительной неврологии Бернштейна в Гeттингене при участии нейрофизиолога Максима Волгушева из Рурского университета в Бохуме проанализировали и описали, какими в действительности правилами руководствуются нервные клетки в коре головного мозга, когда решают отослать импульсы.

Полученные данные предполагают, что натриевые каналы передачи нервных импульсов работают не независимо друг от друга, как считалось до сих пор, а поддерживают друг друга в открытом состоянии.

Такой механизм, вероятно, и помогает клеткам передавать быстро изменяющиеся сигналы, а также подавлять медленные импульсы, пишет журнал Nature.

Любая живая клетка поддерживает разницу потенциалов по сторонам мембраны. Нервные клетки, в отличие от остальных, используют разницу потенциалов для обработки и передачи сигналов. Согласно модели Ходжкина-Хаксли, передача импульса (потенциал действия) от нейрона к нейрону начинается, когда напряжение мембраны первого из них достигает определенного порогового предела - когда сумма возбуждающих постсинаптических потенциалов клеточной мембраны окажется больше суммы тормозящих на некий пороговый предел (около 10 мВ).

Натриевые каналы реагируют на разность потенциалов тем, что открываются. Положительно заряженные ионы натрия текут через них в клетку, что приводит к уменьшению разности потенциалов по отношению к внешней среде с последующем закрытием канала. Порог и скорость, с которой происходит передача импульса, свои для каждой клетки. Однако главным образом величину этих параметров определяют особенности натриевых каналов клетки.

Авторы сконцентрировались на подробном анализе скорости и порога потенциала действия в нервных клетках коры головного мозга млекопитающих. Передачи импульсов в этой области происходят чрезвычайно быстро. Единичный потенциал продолжается миллисекунду, но усиленный приток натрия начинается уже в первые 200 микросекунд. Похоже, что натриевые каналы открываются почти одновременно, так, чтобы ионы натрия могли проходить в клетки очень быстро и в большом количестве. В то же время, как обнаружили исследователи, пороговая величина, при которой начинается потенциал действия, сильно варьируется.

Ученые попробовали заложить полученные показатели в модель Ходжкина-Хаксли и с изумлением увидели, что в пределах модели совместить быстрый "запуск" потенциала действия и высокую изменчивость порога не получается. Обе характеристики ведут себя как балансирные качели: высокая изменчивость пороговой величины соответствует низкой скорости, с которой инициируется потенциал действия, и наоборот.

Пришлось разрабатывать новый механизм, согласно которому натриевые каналы открываются почти одновременно по принципу "открылся - заставь открыться соседа".

Проверить гипотезу немцы решили "от обратного": если удастся заблокировать механизм совокупного открывания каналов, то это может послужить хорошим аргументом в пользу его существования. С помощью яда тетродоксина физиологи сумели заблокировать часть натриевых каналов таким способом, что оставшиеся в функциональном состоянии оказались рассеяны по мембране и уже не могли сотрудничать. В рассеянном виде работа нейронов хорошо вписалась в классическую теорию.

По мнению исследователем, механизм кооперации нейроны, вероятно, используют как фильтр, чтобы дифференцировать получаемые сигналы, отсеивать медленные и передавать быстрые. Такое предположение также оспаривает версию Хаксли-Ходжкина.

"Многие ученые, и мы в том числе, осознавали гипотетический характер модели Ходжкина-Хаксли, но полагали, что она все же применима к подавляющему большинству нейронов", - отмечает Фред Вольф, руководивший исследованиями в Институте динамики и самоорганизации. Но оказалось, что жизнь нейронов устроена иначе. Более высокие познавательные способности "высших" животных вроде кошки или человека по сравнению с кальмаром или улитками объясняется не только большим количеством нейронов в их мозге, но и способом обработки сигналов в нейронах. По-видимому, эти способы отличаются на молекулярном уровне у "низших" и "высших" с эволюционной точки зрения видов.

Интересное сообщение, уважаемая Shamanka.Ко всем своим достоинствам Вы еще и нейрофизиологией интересуетесь? В свое время, работая в физиологической ЦНИЛ,я балдел от работ Алана Ходжкина, Андру Хаксли, Джона Эклса, Рагнара Гранита, Герберта Гассера, Джулиуса Аксельрода. Уже тогда было показано, что имеются существенные различия в функционировании натриево-калиево-кальциевых каналов нейронов у разных животных
Похоже, что несмотря на то, что в последние полвека (или чуть больше). нейрофизиологи разных странполучили с десяток Нобелевских премий за свои работы (наверняка больше, чем в любой другой области медицины и физиологии), тайна функционирования наших мозгов остается "за семью печатями". Но и сделано много.
Вот даже в компах, стоящих перед нами, используется масса находок нейрофизиологов.

Уважаемая Shamanka, а причем черепахи тут? И кстати тайна функционирования их мозгов так же остается "за семью печатями".
У моей тещи черепаха (сухопутная обычная) ест кошачий корм, отгоняя при этом кошку от ее миски, "играет" - бегает за ногами - укусить за тапочек пытается и в спячку не впадает уже много лет ("сдвинулась" что-ли?).

Уважаемый Чехов!
Поведение Вашей черепахи вполне адекватно для животного, лишенного естественной среды обитания. Лишенного естественных периодов смены времен года. Это не редкость. Волнистый попугай моей подруги , например, " строил" их дога, спал на его месте, прогоняя , пил красное вино( когда давали- очень он любил) и по квартире , исключительно, ходил , а не летал. Хотя прекрасно это мог делать. Прожил 15 лет, вместообычных 9-10.
Речь о черепахах зашла потому, что во многих экспериментахнейрофизиологами доказано, что скорость работы натриевых каналов у рептилий почти на порядок медленнее , чем у высших животных. Это и обусловливает разницу в характере и скорости мыслительных процессов. Скорее всего они и живут поэтому дольше, что нервная система дольше не " изнашивается".








Уважаемый йцук!
Как любой уважающий себя врач, я интересуюсь многими разделами медицины. Особенно полезно понимание нейро-физиологических процессов в реабилитологии. Случаи, связанные с неврологической патологией, например, с учетом процессов, происходящих в нервной системе и использовании доступных знаний механизмов патогенеза, корректируются более грамотно, я думаю.