Що таке нейропластичність і чому вчені, як і раніше, не можуть зрозуміти, як працює мозок?

Людський мозок – справжній вінець еволюції.Цей орган вагою кілька кілограмів щомиті створює вашу особистість. Мільярди крихітних нейронів іскряться електрикою, а наша психіка – ніщо інше як продукт роботи головного мозку. Чи варто говорити, що саме мозок є не вивченим органом людського тіла і регулярно залишає вчених у подиві. По суті, мозок – потужний двигун, завдяки якому ми залишаємось на плаву навіть у найекстремальніших ситуаціях. Ми здатні адаптуватися до найсуворіших умов – наш мозок має нейропластичність. Вчені визначають нейропластичність (або пластичність мозку) як здатність нервової системи змінювати свою активність у відповідь на внутрішні чи зовнішні стимули шляхом реорганізації її структури. Дослідження, проведені у минулому столітті, показали, що нейронна пластичність є фундаментальною властивістю нервової системи у всіх видів – від комах до людей. Однак, незважаючи на інтенсивні дослідження механізмів, що управляють пластичністю, досі не зрозуміло, як саме пластичність формує морфологію та фізіологію мозку. А результати недавнього дослідження залишили вчених збентеженими і нездатними зрозуміти, як працює мозок.

Вивчення роботи мозку нерідко залишає вчених у подиві

Що таке нейропластічності?

Наш мозок відомий своєю гнучкістю або«пластичністю», тому що нейрони можуть створювати нові або міцніші зв'язки один з одним. Але якщо деякі зв'язки зміцнюються, нейрони повинні компенсувати це, щоб не перевантажуватись вхідними даними. У роботі 2019 року дослідники вперше продемонстрували, як досягається цей баланс: коли зміцнюється одна сполука, яка називається синапсом, сусідні синапси відразу ж слабшають через дію найважливішого білка, під назвою Arc.

У ході роботи команда виявила простефундаментальне правило, що лежить в основі такої складної системи, як мозок, де 100 мільярдів нейронів кожен мають тисячі синапсів, що постійно змінюються. Це відкриття, на думку його авторів, дає пояснення тому, як синаптичне посилення та ослаблення поєднуються у нейронах для створення пластичності.

Наша здатність перепрограмувати окремінейрони у непошкодженому мозку та спостерігати у живій тканині різноманітність молекулярних механізмів, які дозволяють цим клітинам інтегрувати нові функції завдяки синаптичній пластичності, вражає – пишуть автори дослідження.

До речі, гіпокамп, наприклад, допомагає тваринам орієнтуватися у навколишній обстановці.

Побачивши нове правило у дії, дослідникивсе ще прагнули зрозуміти, як нейрони йому підкоряються. Робота, проведена в лабораторії Sur поєднує передові методи візуалізації та генетичні інструменти для прекрасного моніторингу функції окремих синапсів всередині мозку. Таким чином отримана дослідниками інформація дозволяє зрозуміти як розвиваються та реконструюються нейронні зв'язки.

Ще більше цікавих статей читайте на нашому каналі в ЯндексДзен. Там регулярно виходять пости, яких немає на сайті

Нейробіологи збентежені

Отже, якщо ми хочемо нарешті зрозуміти, як працюємозок, то повинні направити свої зусилля на вивчення синаптичної пластичності. Цікаво, що до дев'ятнадцятого століття мозок переважно розглядався філософами, і, отже, лише наприкінці 1800-х і на початку 1900-х років було закладено основи сучасної нейробіології. В останнє десятиліття цього століття кілька вчених зробили ключовий внесок у наше сучасне розуміння синаптичної пластичності.

Але питань, на жаль, менше не стає.Справа в тому, що мозок має бути гнучким, але не надто. Він постійно перебудовується завдяки новому досвіду, але як? Щодо просте пояснення можна отримати, наприклад, у неврологів. Так, у статті для The Atlantic говориться, що певні групи нейронів надійно спрацьовують, коли їхній власник відчуває запах троянди, бачить захід сонця або чує дзвінок.

Перед вченими стоїть дуже непросте завдання, як не крути

Ці паттерни паттерни нейронної реакції імовірно залишаються незмінними від одного моменту до іншого. Але як виявили автори нового дослідження та інші фахівці, іноді це не так.

У ході роботи команда дослідників їхКолумбійського університету дозволяла мишам нюхати ті самі запахи протягом декількох днів і тижнів і реєстрували активність нейронів у піриформній корі головного мозку гризунів — області мозку, що бере участь у розпізнаванні запахів. У певний момент кожен запах викликав спрацювання певної групи нейронів у цій галузі.

Вам буде цікаво: У мозку здорової людини можуть жити черв'яки-паразити та викликати напади

Таємничі нейрони

З часом, проте, сталося щось дивне – деякі нейрони перестали реагувати на запахи, інші почали.Нейрони, які представляли запах яблука в травні, і ті, які представляли той самий запах у червні, так само відрізнялися один від одного, як і ті, які представляють запахи яблук і трав у будь-який момент часу.

Слід зазначити, що це нове і єдине дослідження у цій галузі. Проте інші вчені раніше показали, що те саме явище, зване репрезентативним дрейфом, відбувається у різних галузях мозку, крім піриформної кори. Його існування ясно; все інше – загадка.

Ось що самі автори дослідження розповілижурналістам: Вчені повинні знати, що відбувається, але в даному конкретному випадку ми глибоко збентежені. Ми очікуємо, що на те, щоби все залагодити, піде багато років.

Мозок здатний змінюватися протягом усього нашого життя

Не пропустіть: Як серце змушує мозок відключатися і робить нас дурнішим

Якщо нейрони в пириформной корі реагують на певний запах, то ймовірність того, що він реагуватиме на нього і через місяць, складає всього один до 15! Будь-якої миті часу у відповідь на кожен запахспрацьовує однакову кількість нейронів, та їх ідентичність змінюється. Але як мозок дізнається, що відчуває ніс або що бачать очі, якщо нейронні реакції на запахи та зір постійно змінюються?

Зрештою дрейф, про який говорятьфахівці, може бути просто помилкою нервової системи – проблемою, яку треба вирішувати. «Зв'язки у багатьох частинах мозку постійно формуються і руйнуються, і кожен нейрон сам собою постійно переробляє клітинний матеріал» – пояснюють учені. І все ж, їхню роботу деякі називають некоректною – основна нейронаука спирається на дуже конкретні методи та результати та перетворює їх у хмару туманної концепції.

Де була б сучасна наука без цих гризунів?

У багатьох областях нейронауки причини залишаються недослідженими, але решта бездоганно, – пояснюють вчені. У цій галузі існує справжній попит на нові ідеї, вважають дослідники.

І недарма, бо ми потребуємо нових теорій іідеях. Нейронаука сьогодні настільки незріла та концептуальна, що вчені, по суті, перебувають на етапі збору інформації та фактів. Однак, мені здається, що в найближчі десятиліття ми все-таки зможемо нарешті сказати: «Ми розуміємо, як працює мозок, слава науці».

Зрештою, останні дослідження вобласті розвитку мозку в міру дорослішання, вселяють оптимізм і роблять наше життя кращим. А ось про те, чим мозок підлітків відрізняється від мозку дорослої людини, я розповідала у цій статті, рекомендую до прочитання!