Нейрон влево — эпилепсия, нейрон вправо — аутизм: как наш мозг играет в русскую рулетку
NewsMakerКак ГАМК и глутамат определяют нашу судьбу?
В конце XIX — начале XX века Сантьяго Рамон-и-Кахаль впервые показал на рисунках, что нервная ткань состоит из множества разных клеток с особыми формами и связями. С тех пор нейроанатомия ушла далеко вперёд: накоплены атласы, где клетки распределяют по функциям, строению и местоположению — от двигательных и сенсорных до специализированных популяций в гиппокампе или обонятельной луковице. При всём разнообразии подавляющее большинство относится к двум базовым классам: возбуждающим, которые повышают вероятность разряда у следующего нейрона, и тормозным, которые её снижают.
Соотношение между возбуждением и торможением должно оставаться в устойчивых пределах, иначе нарушается работа сетей. Избыток первого компонента повышает риск эпилептических припадков, а общий дефицит возбуждающей активности связывают с расстройствами аутистического спектра. Поддержание баланса — ключевая задача для коры и подкорковых структур, от которой зависят восприятие, планирование действий и память.
Передача сигналов реализуется через химические посредники — нейромедиаторы, высвобождаемые в синапсе и взаимодействующие с рецепторами на мембране следующей клетки. Возбуждающие элементы головного мозга почти всегда используют глутамат: вход положительно заряженных ионов повышает мембранный потенциал и вызывает потенциал действия — кратковременный электрический импульс, распространяющийся по аксону. Тормозные элементы высвобождают ГАМК: поступление отрицательно заряженных частиц или выход положительных снижает потенциал и препятствует генерации разряда. Эффект определяется не только типом медиатора, но и точкой приложения: одни интернейроны воздействуют на дендриты, другие — на сому, третьи координируют влияние друг друга.
В коре млекопитающих возбуждающих клеток больше по численности, однако эволюционно тормозные популяции существенно усложнились по типам и целям. Долгое время их рассматривали как фоновый регулирующий механизм, поскольку их активность труднее интерпретировать: они разряжаются часто и в разных контекстах, а ответ связанных с ними элементов не всегда выражается в заметных всплесках. Новые методы записи и анализа показывают более тонкую картину: в поведенчески значимых ситуациях частота разрядов может снижаться, тем самым выделяя полезный сигнал; выбор мишеней у многих классов избирателен, что подтверждают проекты детальной реконструкции ткани коры на уровне локальных микросетей.
Значительная часть данных получена на задачах пространственного обучения. В гиппокампе легко наблюдать работу возбуждающих клеток места, активных в конкретных точках маршрута. Для тормозных элементов выявляют иные закономерности: в зоне ожидания награды частота импульсации уменьшается, благодаря чему усиливается активность путей, кодирующих важное место. Такая динамика указывает на прямой вклад торможения в быстрое формирование памяти о целях и маршрутах, а не только на роль общего ограничения.
Возникает вопрос о временных шкалах. Электрохимические события длятся миллисекунды, тогда как поведенческие эффекты разворачиваются в сотнях миллисекунд и секундах. Часть рассогласования объясняет третий, более редкий класс — нейроны модуляторных систем. Они выделяют вещества, действующие на длительных интервалах и в широких областях ткани: норадреналин, серотонин, дофамин и другие нейромодуляторы изменяют чувствительность рецепторов и пороги возбудимости, формируя долгосрочную настройку сетей. Так, норадреналин усиливает пластичность контактов в эмоционально значимых ситуациях и повышает вероятность закрепления эпизодов в долговременной памяти.
Разграничение на три роли помогает упорядочить наблюдения, но границы не всегда жёсткие. Описаны случаи , когда в одних и тех же окончаниях присутствуют глутамат и ГАМК, что позволяет менять знак влияния на постсинаптическую клетку в зависимости от состояния сети. В условиях хронического стресса и ряда патологий обнаруживают сдвиги фенотипа с преобладанием тормозных свойств у ранее возбуждающих популяций, что усложняет картину на уровне локальных цепей.
Подробные атласы типов и связей — лишь ступень к пониманию того, как меняется работа сетей при старении и болезнях. Точные модели баланса, учитывающие адресность тормозных путей, временные шкалы действия нейромодуляторов и особенности синаптической пластичности, необходимы для разработки подходов к восстановлению функций. От корректной настройки этих параметров зависят и качество жизни конкретного человека , и успешность профилактики нарушений на уровне популяции.
В конце XIX — начале XX века Сантьяго Рамон-и-Кахаль впервые показал на рисунках, что нервная ткань состоит из множества разных клеток с особыми формами и связями. С тех пор нейроанатомия ушла далеко вперёд: накоплены атласы, где клетки распределяют по функциям, строению и местоположению — от двигательных и сенсорных до специализированных популяций в гиппокампе или обонятельной луковице. При всём разнообразии подавляющее большинство относится к двум базовым классам: возбуждающим, которые повышают вероятность разряда у следующего нейрона, и тормозным, которые её снижают.
Соотношение между возбуждением и торможением должно оставаться в устойчивых пределах, иначе нарушается работа сетей. Избыток первого компонента повышает риск эпилептических припадков, а общий дефицит возбуждающей активности связывают с расстройствами аутистического спектра. Поддержание баланса — ключевая задача для коры и подкорковых структур, от которой зависят восприятие, планирование действий и память.
Передача сигналов реализуется через химические посредники — нейромедиаторы, высвобождаемые в синапсе и взаимодействующие с рецепторами на мембране следующей клетки. Возбуждающие элементы головного мозга почти всегда используют глутамат: вход положительно заряженных ионов повышает мембранный потенциал и вызывает потенциал действия — кратковременный электрический импульс, распространяющийся по аксону. Тормозные элементы высвобождают ГАМК: поступление отрицательно заряженных частиц или выход положительных снижает потенциал и препятствует генерации разряда. Эффект определяется не только типом медиатора, но и точкой приложения: одни интернейроны воздействуют на дендриты, другие — на сому, третьи координируют влияние друг друга.
В коре млекопитающих возбуждающих клеток больше по численности, однако эволюционно тормозные популяции существенно усложнились по типам и целям. Долгое время их рассматривали как фоновый регулирующий механизм, поскольку их активность труднее интерпретировать: они разряжаются часто и в разных контекстах, а ответ связанных с ними элементов не всегда выражается в заметных всплесках. Новые методы записи и анализа показывают более тонкую картину: в поведенчески значимых ситуациях частота разрядов может снижаться, тем самым выделяя полезный сигнал; выбор мишеней у многих классов избирателен, что подтверждают проекты детальной реконструкции ткани коры на уровне локальных микросетей.
Значительная часть данных получена на задачах пространственного обучения. В гиппокампе легко наблюдать работу возбуждающих клеток места, активных в конкретных точках маршрута. Для тормозных элементов выявляют иные закономерности: в зоне ожидания награды частота импульсации уменьшается, благодаря чему усиливается активность путей, кодирующих важное место. Такая динамика указывает на прямой вклад торможения в быстрое формирование памяти о целях и маршрутах, а не только на роль общего ограничения.
Возникает вопрос о временных шкалах. Электрохимические события длятся миллисекунды, тогда как поведенческие эффекты разворачиваются в сотнях миллисекунд и секундах. Часть рассогласования объясняет третий, более редкий класс — нейроны модуляторных систем. Они выделяют вещества, действующие на длительных интервалах и в широких областях ткани: норадреналин, серотонин, дофамин и другие нейромодуляторы изменяют чувствительность рецепторов и пороги возбудимости, формируя долгосрочную настройку сетей. Так, норадреналин усиливает пластичность контактов в эмоционально значимых ситуациях и повышает вероятность закрепления эпизодов в долговременной памяти.
Разграничение на три роли помогает упорядочить наблюдения, но границы не всегда жёсткие. Описаны случаи , когда в одних и тех же окончаниях присутствуют глутамат и ГАМК, что позволяет менять знак влияния на постсинаптическую клетку в зависимости от состояния сети. В условиях хронического стресса и ряда патологий обнаруживают сдвиги фенотипа с преобладанием тормозных свойств у ранее возбуждающих популяций, что усложняет картину на уровне локальных цепей.
Подробные атласы типов и связей — лишь ступень к пониманию того, как меняется работа сетей при старении и болезнях. Точные модели баланса, учитывающие адресность тормозных путей, временные шкалы действия нейромодуляторов и особенности синаптической пластичности, необходимы для разработки подходов к восстановлению функций. От корректной настройки этих параметров зависят и качество жизни конкретного человека , и успешность профилактики нарушений на уровне популяции.