До сих пор считалось, что молчащие синапсы присутствуют только на ранних этапах развития, когда они помогают мозгу усваивать новую информацию в раннем возрасте. Однако новое исследование MIT показало, что у взрослых мышей молчат около 30% всех синапсов в коре головного мозга.
Существование этих молчащих синапсов может объяснить, как мозг взрослой особи способен постоянно запоминать новое и обучаться без изменений в обычных синапсах.
Эти молчащие синапсы ищут новые связи. И когда поступает важная новая информация, связи между соответствующими нейронами укрепляются. Это позволяет мозгу создавать новые воспоминания, не перезаписывая важную информацию в зрелых синапсах, которые сложнее изменить
— Димитра Вардалаки, аспирант Массачусетского технологического института и ведущий автор нового исследования.
О таком молчании знали давно
Ученые впервые обнаружили молчащие синапсы десятилетия назад, однако замечали их в мозге молодых мышей и других животных. Считается, что во время раннего развития эти синапсы помогают мозгу усваивать огромное количество информации, необходимой младенцам. Считалось, что у мышей эти синапсы исчезают примерно к 12-дневному возрасту, что равнозначно первым месяцам жизни человека.
Однако некоторые нейробиологи предполагали, что молчащие синапсы могут сохраняться у взрослых для запоминания нового.
Теоретическая работа в этой области Стефано Фузи и Ларри Эбботта из Колумбийского университета также содержала предположение, что нейроны должны демонстрировать широкий спектр различных механизмов пластичности. И этим можно объяснить, как мозг может эффективно изучать новые вещи и сохранять их в долговременной памяти.
Иное исследование
Доцент кафедры мозга и когнитивных наук Института исследований мозга Макговерна MIT Марк Харнетт — старший соавтор статьи на эту тему в журнале Nature. В новом исследовании команда MIT не ставила перед собой цель специально искать молчащие синапсы. Вместо этого они следили за интригующим открытием из предыдущего исследования в лаборатории Харнетта. В своей статье исследователи показали, что в пределах одного нейрона дендриты — похожие на антенны расширения, которые выступают из нейронов — могут обрабатывать синаптический ввод по-разному, в зависимости от их местоположения.
Исследователи попытались измерить рецепторы нейротрансмиттеров в разных ветвях дендрита, чтобы понять, поможет ли это объяснить различия в их поведении. Для этого они использовали метод под названием «увеличенный анализ протеома с сохранением эпитопа (eMAP). Используя этот метод, исследователи могут расширить образец ткани, а затем пометить определённые белки в образце, что позволяет получать изображения со сверхвысоким разрешением.
Открытие
Занимаясь визуализацией, они совершили удивительное открытие.
Первое, что мы увидели, что было очень странно, и чего мы не ожидали, — повсюду были филоподии
— Марк Харнетт, доцент кафедры мозга и когнитивных наук и сотрудник Института исследований мозга Макговерна MIT.
Филоподии, тонкие мембранные выступы, отходящие от дендритов, были замечены и раньше. Но нейробиологи не знали точно их предназначения. Отчасти это связано с тем, что филоподии настолько малы, что их трудно увидеть с помощью традиционных методов визуализации.
После этого наблюдения команда MIT решила попытаться найти филоподии в других частях мозга взрослого мозга, используя метод eMAP. К их удивлению, они обнаружили филоподии в зрительной коре головного мозга мыши и других частях мозга на уровне, в 10 раз превышающем ранее наблюдавшийся.
Доказательство
Чтобы выяснить, могут ли эти филоподии быть молчащими синапсами, исследователи отслеживали электрическую активность, генерируемую отдельными филоподиями. При этом они пытались стимулировать их, имитируя выделение нейротрансмиттера глутамата из соседнего нейрона.
Учёные обнаружили, что преобразовать молчащие синапсы в активные было намного проще, чем изменить зрелые синапсы.
Если вы начнёте с уже функционирующего синапса, этот протокол пластичности не сработает. Вероятно, чтобы воспоминания были устойчивыми. Вы же не хотите, чтобы они постоянно перезаписывались. А вот филоподий может быть захвачен для формирования новых воспоминаний
— Марк Харнетт.
Осталось найти у людей
Полученные результаты подтверждают теорию о том, что мозг взрослого человека включает в себя высокопластичные синапсы, которые могут быть задействованы для формирования новых воспоминаний, говорят исследователи.
В настоящее время учёные ищут доказательства существования этих молчащих синапсов в мозге человека. Они также надеются изучить, влияют ли на количество или функцию этих синапсов такие факторы, как старение или нейродегенеративные заболевания.
