Мозок залучає специфічні зони для обробки різних форм пластичності.

Дослідження ставить під сумнів багаторазово підтверджене твердження про те, що мозок залучає однакові області для передачі сигналів під час різних форм нейронної активності.

Новий дослідження ставить під сумнів десятилітні переконання в галузі нейронауки, демонструючи, що мозок використовує специфічні зони для передачі сигналів замість єдиного загального простору для реалізації різних видів пластичності. Результати цього дослідження, опубліковані в журналі Science Advances, надають більш глибоке розуміння того, як мозок підтримує баланс між стабільністю та гнучкістю — процесом, що має критичне значення для навчання, пам'яті та психічного благополуччя.

Нейрони взаємодіють між собою за допомогою процесу, відомого як синаптична передача. У ході цього процесу один нейрон вивільняє хімічні речовини, звані нейромедіаторами, з пресинаптичного терміналу. Ці молекули перетинають мікроскопічний простір, що називається синаптичною щілиною, і прикріплюються до рецепторів на сусідньому постсинаптичному нейроні, що викликає відповідну реакцію.

Згідно з традиційними уявленнями вчених, спонтанна передача сигналів, що відбувається випадковим чином, та викликана передача, що активується сенсорними даними або досвідом, базуються на одному типі канонічної синаптичної структури та використовують однаковий молекулярний механізм. Проте нові дослідження ставлять під сумнів цю гіпотезу.

Використовуючи модель мишей, дослідницька команда під керівництвом Олівера Шлютера, доцента нейронауки в Університеті Піттсбурга, виявила, що мозок натомість використовує окремі ділянки синаптичної передачі для здійснення регуляції цих двох типів активності, кожна з яких має свій власний розвиток у часі та регуляторні правила.

Юе Янг, науковий співробітник кафедри нейронауки та перший автор дослідження, пояснює, що команда зосередилася на первинній зоровій корі, де починається кортикальна обробка зорової інформації. Дослідники очікували, що спонтанні та викликані передачі будуть слідувати подібній траєкторії розвитку, але натомість виявили, що вони розходяться після відкриття очей.

Коли мозок почав сприймати зорову інформацію, викликані передачі продовжували зростати. У той же час, спонтанні передачі досягли стабільного рівня, що вказує на те, що мозок використовує різні механізми контролю для обох типів сигналізації.

Для того щоб з'ясувати причину такої різниці, науковці використали хімічну сполуку, яка активує раніше неактивні рецептори на постсинаптичному боці. Це призвело до підвищення спонтанної активності, тоді як індуковані сигнали залишилися без змін. Отримані результати стали вагомим свідченням того, що два види передачі інформації функціонують через різні синаптичні зони.

Цей розподіл, ймовірно, сприяє тому, що мозок може підтримувати постійну фонову активність завдяки спонтанному сигналізуванню, одночасно покращуючи поведінкові траєкторії через активність, що викликається зовнішніми впливами. Така двостороння система допомагає забезпечити як гомеостаз, так і хеббіанську пластичність — процес, що підсилює нейронні зв'язки на основі отриманого досвіду під час навчання.

Янг підкреслює, що їхні результати розкривають ключову організаційну стратегію в мозку. Розділяючи ці два режими сигналізації, мозок може залишатися стабільним, водночас зберігаючи достатню гнучкість для адаптації та навчання.

Це відкриття може мати далекосяжні наслідки. Аномалії в синаптичній сигналізації асоціюються з такими розладами, як аутизм, хвороба Альцгеймера та залежності від психоактивних речовин. Глибше розуміння функціонування цих систем у здоровому мозку дозволить науковцям виявити, як вони можуть бути порушені під час різних захворювань.

Дослідження показує, що розуміння того, як мозок у нормальному стані розділяє та регулює різні типи сигналів, наближає науковців до розуміння того, що може йти не так при неврологічних та психіатричних станах. Це відкриття може мати важливі наслідки для розробки нових терапевтичних підходів до лікування різних захворювань мозку.

Дослідження фінансувалося грантами від Національних інститутів охорони здоров'я, Фонду Вайтхолла, Асоціації Альцгеймера та Німецького дослідницького товариства в рамках Стратегії досконалості Німеччини. Ця робота представляє значний крок вперед у розумінні фундаментальних механізмів роботи мозку та може відкрити нові шляхи для лікування неврологічних захворювань у майбутньому.