Ученые узнали, как мозг сохраняет внутренний баланс

Исследователи университета Калифорнии (the University of California) обнаружили фундаментальный механизм, с помощью которого мозг сохраняет внутренний баланс. Механизм был описан 22 июня на сайте журнала Naturе.

Ученые показали, что существует постоянное соотношение между общим количеством стимуляции, которую получает нейрон от сотен или тысяч возбужденных нейронов, и общей суммой стоп-сигналов, которые поступают от многочисленных тормозных нейронов.

Это постоянное отношение называется рацион (E/I), оно существует для отдельных нейронов в данный момент времени. Это исследование показывает, что соотношение (E/I) постоянно по нескольким нейронам в коре головного мозга мышей и, вероятно, также у людей, так как фундаментальная архитектура мозга млекопитающих высоко консервативна у разных видов.

«Нейроны в нашем мозге двигаются путем нажатия тормоза и акселератора одновременно», сказал Массимо Сканциани (Massimo Scanziani), доктор философии, профессор неврологии Медицинского института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) и соавтор исследования. «Это означает, что нет стимула, с помощью которого вы сможете активировать какой-то один тип нейронов».

«Всегда идет перетягивание каната. Это странно, но очень умно. Это позволяет мозгу очень тонко управлять реакциями на раздражители», — сказал Сканциани.

В экспериментах, ученые показали, как мозг поддерживает постоянное соотношение (E/I) через нейроны: регулировка осуществляется ингибирующими нейронами через соответствующее усиление или ослабление ингибирующих синапсов. Синапс — это разрыв или соединение между двумя нейронами, и синаптическая сила относится к степени, в которой прошедший сигнал усиливается.

«Ученые обнаружили, что подавляющее количество нейронов являются главными регуляторами связи сотен и тысяч клеток они проверяют, что тормозные синапсы на каждом из этих контактов согласованы с различным количеством возбуждения, которое эти клетки получают», — пояснил Сканциани. Если, например, уровень нервной стимуляции, которую получает нервная клетка, удваивается, то тормозные синапсы в течение определенного периода нескольких дней также удваивают свои силы.

С точки зрения клинического применения, ученые считают, что причиной неврологических заболеваний, таких как аутизм, эпилепсия и шизофрения, по крайней мере, частично, является способность мозга поддерживать оптимальное соотношение (E/I).

«Если это соотношение нарушается, то полностью меняется ваше восприятие мира», — сказал Сканциани. «Вы будете в меньшей степени способны адаптироваться соответствующим образом. Дисбаланс (E/I) можно легко заметить в социальных взаимодействиях, поскольку это взаимодействия требует нюансы и тонкую регулировку».

Ученые предположили, что некоторые нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона, могут быть связаны с дисбалансом (E/I).

Мингам Сюэ (Minghan Xue), исследователь в области нейробиологии и ведущий автор исследования, говорит, что теперь, когда мы знаем, как в нормальном мозге регулируется баланс (E/I), мы можем понять, что идет не так во время болезни. Эти знания можно использовать для восстановления баланса в мозге.