Нейроны взрослого мозга несут на себе множество молчащих синапсов, которые, возможно, помогают им выполнять кратковременные задачи.

Обучение, эмоции, принятие решений, вообще любая обработка информации в нервной системе опирается на синапсы — межнейронные соединения, через которые нейроны передают друг другу электрические импульсы. Синапсы могут усиливаться или слабеть, в зависимости от того, насколько активно они используются, насколько интенсивно по ним идёт поток сигналов. Считается, что способность формировать новые синапсы и разрушать старые лежит в основе обучения и памяти — по крайней мере, когда мы рассматриваем их на уровне нейронов и нейронных сетей.

Нейроны одного из слоёв соматосенсорной коры мозга мыши. (Фото: Robert Cudmore / Flickr.com) 

Однако несколько десятилетий назад нейробиологи обнаружили в мозге молодых мышей так называемые молчащие синапсы. Строго говоря, это не совсем неполноценные зрелые синапсы, а пока что просто досинаптическая перемычка между нейронными отростками. Она остаётся до поры до времени неактивной, сигналы через неё не проходят, но её можно в любой момент активировать, и молчащий синапс превратится в настоящий. Предполагалось, что молчащие синапсы служат как бы резервом для мозга, который только-только появился на свет и который вынужден справляться с валом информации извне. Обрабатывая эти новые сведения, мозг подключает в работе молчащие синапсы. Впоследствии нужда в них исчезает, и сами они исчезают тоже — предполагалось, что у мышей к концу второй недели жизни их уже нет.

Но некоторые исследователи считали, что молчащие синапсы есть и во взрослом мозге, и их даже там время от времени видели — правда, то были подопытные животные с различными зависимостями, и сам собой возникал вопрос, насколько молчащие синапсы свойственны нормальному мозгу. Сотрудникам Массачусетского технологического института удалось найти их как раз в нормальном взрослом мозге, без зависимостей и других отклонений. Они анализировали рецепторы к разным нейромедиаторам в дендритах — сравнительно коротких разветвлённых отростках нейронов, которые принимают сигналы от других нервных клеток. Оказалось, что в самых разных зонах мозга на дендритах можно увидеть множество особых мембранных выростов — филоподий. Дендритные филоподии — это небольшие мембранные выросты, которые служат предшественниками синапса. Они довольно нестабильны, склонны исчезать как сами по себе, так и из-за внешнего вмешательства, поэтому до сих пор изучать их было очень и очень трудно.

Филоподии могут принимать сигнал от другого нейрона, а могут не принимать. Если филоподия поймала сигнал в виде нейромедиатора, то дальше она превращается в так называемый дендритный шипик — уже намного более стабильный вырост на мембране, другой формы и с другим молекулярным устройством, целенаправленно работающий с синаптической передачей сигнала. Впрочем, путаница с шипиками и филоподиями на этом не заканчивается: вроде бы у многих нейронов филоподии могут сами выполнять синаптические функции, не превращаясь в более специализированный шипик.

Как бы то ни было, сейчас исследователи обнаружили во взрослом мозге в десять раз больше дендритных филоподий, чем их там видели раньше. И в них были рецепторы к глутамату — одному из нейромедиаторов. Однако, как говорится в статье в Nature, глутаматные рецепторы у филоподий были только одного типа, а для того, чтобы синапс работал, у него должны быть рецепторы двух типов. С рецептором только одного типа эти филоподии можно рассматривать как пресловутые молчащие синапсы. Однако они активируются, если к ним придёт молекулы глутамата и одновременно они почувствуют электрический импульс. Глутамат к ним придёт от другого нейрона, с которым филоподии состоят в синаптическом контакте. А вот электрический импульс к ним придёт от тела того нейрона, которому они принадлежат, на дендритах которого они сидят. (Ничего странного: мы привыкли думать, что электрические импульсы бегут от принимающих отростков-дендритов к телу нейрона, а потом по передающему отростку-аксону к дендритам другого нейрона, но на самом деле импульс может бежать и в обратную сторону — от тела клетки к дендриту.) Филоподия, которую активировали глутаматом и электрическим импульсом, обзаводится вторым рецептором к глутамату, усиливает связь с другим нейроном и превращается в обычный синапс.

Получается, что и взрослый мозг держит резерв синапсов, ждущих своего часа. Авторы работы утверждают, что это соответствует некоторым теоретическим моделям, описывающим синаптическую пластичность мозга. Если бы он мог формировать только синапсы одного вида, то он не справился бы с разнообразием информации. Одни сведения должны остаться в памяти надолго, другие нужно подержать какое-то время в уме и потом выбросить из головы. Для долговременной памяти нейроны соединяются очень прочными синапсами, которые если и разорвутся, то очень и очень нескоро, а вот для кратковременной памяти (или для рабочей) достаточно короткоживущих синапсов, которые формируются из молчащих филоподий.