Исследования показывают, что нейроны защищают и сохраняют определенную информацию с помощью специальной зоны стабильных синапсов.

Одно из самых замечательных качеств мозга — его адаптивность. Изменения в нейронных цепях, связи которых постоянно корректируются по мере того, как мы воспринимаем и взаимодействуем с миром, являются ключом к тому, как мы учимся. Но чтобы сохранить знания и воспоминания нетронутыми, некоторые части цепей должны быть устойчивы к этим постоянным изменениям.

«Мозг научился балансировать между стабильностью и гибкостью, чтобы вы могли получать новые знания и сохранять память на всю жизнь», — говорит нейробиолог Марк Харнетт, исследователь из Института исследований мозга имени Макговерна при Массачусетском технологическом институте.

В исследовании , опубликованном в Cell Reports , Харнетт и его команда показывают, как отдельные нейроны могут вносить вклад в обе части этой жизненно важной дуальности. Изучая синапсы, через которые пирамидальные нейроны в сенсорной коре головного мозга взаимодействуют, они узнали, как клетки сохраняют свое понимание некоторых из самых фундаментальных особенностей мира, одновременно сохраняя гибкость, необходимую им для адаптации к меняющемуся миру.

Визуальные связи

Пирамидальные нейроны получают входные данные от других нейронов через тысячи точек соединения. В раннем возрасте эти синапсы чрезвычайно пластичны; их сила может меняться по мере того, как молодое животное воспринимает визуальную информацию и учится ее интерпретировать. Большинство из них остаются адаптивными во взрослом возрасте, но команда Харнетта обнаружила, что некоторые синапсы клеток теряют свою гибкость, когда животным меньше месяца. Наличие как стабильных, так и гибких синапсов означает, что эти нейроны могут объединять входные данные из разных источников, чтобы использовать визуальную информацию гибкими способами.

Постдок Кортни Йегер внимательно рассмотрела эти необычайно стабильные синапсы, которые группируются вдоль узкой области сложно разветвленных пирамидальных клеток. Ее интересовали связи, через которые клетки получают первичную зрительную информацию, поэтому она проследила их связи с нейронами в центре обработки зрительной информации таламуса мозга, называемом дорсальным латеральным коленчатым ядром (dLGN).

Длинные отростки, через которые нейрон получает сигналы от других клеток, называются дендритами, и они ответвляются от основного тела клетки в древовидную структуру. Шиповатые выступы вдоль дендритов образуют синапсы, которые соединяют пирамидальные нейроны с другими клетками. Эксперименты Йегер показали, что все соединения от dLGN ведут к определенной области пирамидальных клеток — плотной полосе внутри того, что она описывает как ствол дендритного дерева.

Йегер обнаружила несколько способов, которыми синапсы в этой области — официально известной как апикальный косой дендритный домен — отличаются от других синапсов на тех же клетках. «На самом деле они не так уж и далеки друг от друга, но у них совершенно разные свойства», — говорит она.

Стабильные синапсы

В одной серии экспериментов Йегер активировал синапсы на пирамидальных нейронах и измерил влияние на электрический потенциал клеток. Изменения электрического потенциала нейрона генерируют импульсы, которые клетки используют для связи друг с другом. Обычно электрические эффекты синапса усиливаются, когда синапсы поблизости также активируются. Но когда сигналы доставлялись в апикальный косой дендритный домен, каждый из них оказывал тот же эффект, независимо от того, сколько синапсов было стимулировано.

Синапсы там вообще не взаимодействуют друг с другом, говорит Харнетт. «Они просто делают то, что делают. Неважно, что делают их соседи, они все делают примерно одно и то же».

Команда также смогла визуализировать молекулярное содержимое отдельных синапсов. Это выявило удивительное отсутствие определенного типа нейротрансмиттерных рецепторов, называемых рецепторами NMDA, в апикальных косых дендритах.