Нервные клетки могут регулировать свою чувствительность к входящим сигналам автономно. Новое исследование, проведенное Боннским университетом, теперь обнаружило механизм, который делает именно это. К работе были привлечены Немецкий центр нейродегенеративных заболеваний и Институт нейробиологии поведения Макса Планка. Результаты теперь опубликованы в журнале Cell Reports.

Любой, кто когда-либо отправлял голосовое сообщение с помощью мобильного телефона, знает, насколько важна громкость: крик в микрофон приводит к искаженной и нечеткой записи. Но шептать тоже не очень хорошая идея — тогда результат получается слишком тихим и к тому же трудным для понимания. Вот почему звукорежиссеры обеспечивают идеальный звук на каждом концерте и ток-шоу: они регулируют усиление каждого микрофона в соответствии с входным сигналом.

Нейроны в мозге также могут точно настраивать свою чувствительность и даже делать это автономно. Новое исследование, проведенное Боннским университетом и Университетской больницей Бонна, показывает, как они это делают. С этой целью участники исследовали сети нервных клеток, которые также играют роль в зрении, слухе и осязании. Сначала стимул поступает в так называемый таламус, структуру глубоко в центре мозга. Оттуда он затем поступает в кору головного мозга, где подвергается дальнейшей обработке.

Каждый нейрон настраивается сам

"Нейроны в коре головного мозга стимулируются сигналами из таламуса для генерации потенциалов действия", - объясняет профессор доктор Хайнц Бек из Института экспериментальной эпилептологии и когнитивных исследований при Университетской больнице Бонна. "Это короткие импульсы напряжения, которые затем передаются в другие участки мозга. Чтобы это работало хорошо, нейроны должны приспосабливаться к интенсивности возбуждающих сигналов".

Например, им нужно снизить свою чувствительность, если поступающие раздражители были очень сильными. "Теперь мы обнаружили, что специфический фермент под названием SLK играет определенную роль в этом процессе", - говорит Бек, который также является представителем трансдисциплинарной исследовательской области "Жизнь и здоровье" в Боннском университете. "Это позволяет нейронам индивидуально калибровать свою собственную возбудимость". Это в некотором роде похоже на отсутствие звукорежиссера: вместо этого микрофоны автоматически регулируют свою чувствительность таким образом, чтобы запись не была ни слишком тихой, ни чрезмерно усиленной.

"В этом механизме важную роль играют специальные нервные клетки, так называемые интернейроны", - объясняет доктор Педро Ройеро из исследовательской группы Бека. Он получил докторскую степень за это исследование в Международной высшей школе Макса Планка и выполнил большинство экспериментов. Интернейроны посылают потенциалы тормозящего действия возбужденным нейронам. В некотором смысле они поворачивают ручку, которая снижает их чувствительность. "SLK теперь определяет, насколько этот регулятор может регулироваться интернейронами, то есть насколько силен их ингибирующий эффект".

Существует два различных типа интернейронов. Некоторые из них активируются непосредственно поступающими импульсами из таламуса. Они уже подавляют нейроны, в то время как они одновременно возбуждаются таламусом. Другой тип, напротив, включается только активностью нейронов в коре головного мозга — то есть тех самых нейронов, которые они должны впоследствии подавлять. Таким образом, они являются частью цикла отрицательной обратной связи. "Интересно, что SLK не активен в этом ингибировании обратной связи, но только в первом случае", - указывает Ройеро.

Новое понимание развития болезней

Исследователи также смогли показать, что определенные гены активируются во время настройки чувствительности. Теперь они хотят более подробно изучить свою роль в этом процессе. Это также интересно, потому что баланс между возбуждением и торможением чрезвычайно важен для функционирования мозга.

Это можно наблюдать, например, при эпилепсии: характерные припадки возникают в результате перевозбуждения больших участков нервных клеток. Фактически, исследования показывают, что у некоторых пациентов с эпилепсией в нейронах обнаруживается меньше SLK, чем в норме. Возможно, таким образом, исследование также внесет вклад в лучшее понимание механизмов этих заболеваний.