Роль шипиков в нервной системе

Роль шипиков в нервной системе

Чтобы запомнить новую информацию, нужно хорошо выспаться

Ученым из Нью-Йоркского университета и Пекинского университета удалось выяснить, почему информация лучше запоминается, если после обучения хорошо выспаться.

Оказывается, во время сна в префронтальной коре головного мозга начинают активно расти дендритные шипики – мембранные выросты, которые образуют новые межнейронные связи (синапсы). На образовании этих связей и основан процесс обучения и запоминания.

«Уже давно известно, что сон играет важную роль в обучении и запоминании. Если вы плохо спите, вы будете и плохо обучаться чему-то новому. Но что лежит в основе этого явления? В своем исследовании нам удалось показать, как сон способствует формированию новых связей между отростками нейронов, что связано с формированием долгосрочной памяти», — говорит ведущий автор исследования профессор Вэнь-Вяо Гань (Wen-Biao Gan).

В своем исследовании профессор Гань и его коллеги обучали генетически модифицированных мышей, у которых в проекционной зоне коры головного мозга были флуоресцирующие нейроны. Такие нейроны можно легко разглядеть под специальным лазерным сканирующим микроскопом. Это и позволяло ученым наблюдать за происходящими изменениями.

Мышей, которые участвовали в эксперименте, обучали балансировать на вращающейся с разной скоростью палочке.

«Это напоминает обучение катания на велосипеде. Когда, научившись кататься, этот навык уже невозможно потерять», — объясняет профессор Гань.

Убедившись в том, что дендритные шипики после обучения у мышей, действительно, дали ростки, ученые затем решили выяснить, как на образование новых связей между нейронами будет влиять сон.

Для этого мышей разделили на группы: в одной группе находились животные, которых учились в течение одного часа, а потом в течение семи часов спали. Другая группа на протяжении семи часов бодрствовала.

Оказалось, что у мышей, которых лишили сна, формировалось меньше дендритных шипиков и меньше связей между нейронами, по сравнению с теми мышами, которые после занятий хорошо высыпались. Это значит, что после сна они лучше запоминали информацию.

К тому же, как оказалось, во время таких занятий активировалась вся проекционная зона коры головного мозга, а вот во время глубокой фазы медленного сна происходила ее реактивация. «Наши данные позволяют предположить, что эта реактивация во время сна как раз очень важна для роста новых межнейронных связей», — добавляет Гань.

Более того, ученые выяснили, что от типа занятия зависит то, какая ветвь дендрита будет расти. Это значит, что каждое новое занятие активирует определенные структурные элементы головного мозга.

«Теперь мы знаем, что, когда мы обучаемся чему-то новому, у нас образуются новые связи между нейронами на особых ответвлениях дентритов, — объясняет профессор Гань. — Представьте дерево, у которого растут листья (эти листья и есть дендритные шипики). Когда мы учимся, это похоже на рост новых листьев на определенных ветках».

Читайте также:  Пищевое отравление причины, симптомы, лечение

Результаты исследований профессора Ганя и его коллег опубликованы в последнем номере журнала Science.

Чем сильнее шипован мозг, тем острее память

Нейрофизиологам удалось раскрыть важную тонкость обучения. Они определили, какие именно части нейронов помогают быстро усвоить новую информацию. А заодно выяснили, почему старики хуже обучаются.

Человек помнит шипиками

Процессы запоминания и забывания связаны с появлением и деградацией специальных дендритных шипиков. Они образуют новые межнейронные связи (синапсы), на чем и основано обучение. Новые шипики могут погибнуть вскоре после завершения обучения или сохраниться на более длительный срок – вплоть до смерти животного. Как показали предшествующие исследования, больше всего образуется короткоживущих шипиков. Шипики-долгожители появляются редко. Но если уж они появились, то «заморить» их не так-то просто.

Дендриты образуют шипики, которые различаются между собой и по форме, и по функциям. Тонкие и достаточно динамичные шипики играют ключевую роль в запоминании. Большие грибообразные шипики менее динамичны и участвуют в формировании долгосрочных знаний и навыков. Впервые проследить за формированием новых межнейронных связей удалось американским ученым в 2009 году. Исследование было детально описано в статье Stably maintained dendritic spines are associated with lifelong memories, Nature. А в этот раз ученым удалось плотнее подойти к вопросу возрастной деградации умственных способностей. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuroscience.

Найти банан

Ученые из медицинской школы Маунт Синай (Mount Sinai School of Medicine) проследили за дендритными шипиками у макак-резусов разного возраста и нашли связь между когнитивными способностями животных и количеством отростков, которое с возрастом уменьшается.

Исследователи под руководством доктора Джона Моррисона ( Dr. John H. Morrison, PhD,) и Питера Раппа (Peter R. Rapp, PhD) при участии Дани Думитриу (Dani Dumitriu, MD/PhD student) и доктора Яндонга Хао (Dr. Jiandong Hao) изучили нейроны у молодых и старых обезьян.

В эксперименте участвовали шесть молодых и девять старых обезьян. Ученые сначала приманивали макак пищей, а после прятали ее. Обезьяны наблюдали за тем, куда люди убирают приманку, и запоминали «потайное место». После этого исследователи помещали перед животными экран, который закрывал им обзор, то есть испытуемые больше не могли наблюдать за тем, где находится желанная еда. Через мгновение экспериментаторы убирали экран, блокирующий обзор, и давали возможность животным найти еду-вознаграждение.

С каждым подходом ученые увеличивали период времени, в течение которого обезьяны не видели, где находится еда. Успех запоминания ученые оценивали по времени, которое требовалось животным, чтобы вспомнить, где спрятано лакомство. Оказалось, что старые обезьяны намного хуже справлялись с заданиями. И сильнее всего они отставали в опытах с длительным блокированием обзора.

Читайте также:  Зачем нужен вакуумный массаж и как делать его дома - Лайфхакер

Команда доктора Моррисона с помощью микроскопических технологий визуализировала нейроны в той части мозга, которая активно вовлечена в запоминание. Оказалось, что в мозге старых обезьян не хватает тонких шипиков. А количество больших грибообразых шипиков, которые хранят «фундаментальную» информацию, не отличалось от нейронов молодых обезьян.

Учиться нужно смолоду

Исследователи предполагают, что именно недостаток тонких дендритных шипиков не позволяет взрослым особям воспринимать и запоминать новую информацию. «Думаем, что это исследование объясняет, почему старые люди забывают новую информацию, но хорошо помнят то, что они выучили в молодости», — говорит доктор Моррисон.

Нейрофизиологи уверены, что могут понять, как помочь людям не утратить способности к обучению. Пока ясны лишь общие направления помощи — фармацевтические средства и правильный образ жизни. Следующая серия экспериментов должна установить срок, после которого начинать подобную профилактику поздно.

Хотя ученые не ответили на многие вопросы, одну из очевидных истин они подтвердили. Учиться нужно в молодости. После можно только вспоминать выученное.

00 лет спустя, понимание электрической функции дендритных шипиков (dendritic spines).

Сайт научных новостей Science Daily, 5 декабря 2012.

Наименее изученный орган человеческого тела – его мозг, огромная сеть электрически возбудимых нейронов, сообщающихся между собой посредствам рецепторов на концах их напоминающих деревья дендритов (dendrites). Каким-то образом, работая сообща, эти клетки дают человеку такие возможности как память и способность к обучению. Но как это происходит?

Ученые знают, что дендритные шипики играют жизненно важную роль. Эти крохотные мембранные образования выступают из дендритных ветвей; распространенные по всему дендритному дереву, шипики одного нейрона принимают сигналы от приблизительно 1000 других. Но спустя более чем сто лет с момента их открытия, их функции изучены лишь отчасти.

Исследователь из Северо-Западного университета, работающий совместно с учеными исследовательского центра Janelia Farm при медицинском институте Говарда Хьюгса (МИГХ) привнес недавно важный вклад в решение головоломки под названием «как нейроны общаются друг с другом?» Исследователи показали, что шипики выполняют функцию электрических отсеков нейрона, изолируя и усиливая электрические сигналы, получаемые в синапсах (synapses), местах, где нейроны контактируют друг с другом.

Ключом к этому открытию послужили результаты инновационных экспериментов исследовательского центра Janelia Farm и компьютерные симуляции, проведенные в Северо-Западном университете, которые позволяют измерять уровень электрических реакций на шипиках дендритов.

«Это исследование подтверждает, что дендритные шипики обрабатывают и отвечают на синаптические сигналы не только химическим способом, но и электрическим», — говорит Вильям Кэс (William Kath), профессор инженерных наук и прикладной математики в инженерном институте Маккорника (McCornic School of Engineering) Северо-Западного университета, также профессор нейробиологии в Вейнбергском колледже искусств и науки и один из авторов работы.

Читайте также:  Цефтриаксон - инструкция по применению, отзывы, аналоги и формы выпуска (порошок для инъекций) препа

Дендритные шипики бывают разной формы, но обычно состоят из грушевидной головки расположенной на конце тонкой трубки или шейки. Каждая головка имеет один или более синапсов и располагается в непосредственной близости к аксону, идущему от другого нейрона.

Ученые выяснили химические свойства дендритных шипиков: рецепторы на их поверхности реагируют на ряд нейротрансмиттеров (neurotransmitters), таких как глутамат и глицин, высвобождаемых другими нейронами. Но из-за невероятно маленьких размеров шипиков (приблизительно 1/100 диаметра волоса человечка) изучать их электрические свойства было труднее.

В этом исследовании, ученые исследовательского центра Janelia Farm МИГХ использовали три экспериментальных способа для получения доступа к электрическим свойствам дендритных шипиков в гиппокампе (hippocampi) мыши, части мозга, играющей важную роль в памяти и пространственном ориентировании. Сначала ученые использовали два миниатюрных электрода, для подачи тока и измерения ответного напряжения в разных областях дендритов.

Также использовался прием под названием «глутаматный взрыв» (glutamate uncaging), процесс, заключающийся в высвобождении глутамата, возбуждающего нейротрансмиттера, чтобы вызвать электрические ответы определенных синапсов, как если бы синапс только что получил сигнал от соседнего нейрона. Третий способ использует чувствительный к кальцию краситель (кальций играет роль химического индикатора реакции происходящей в синапсе), который вводится в нейрон, чтобы визуально продемонстрировать изменения напряжения в шипике.

Исследователи в Северо-Западном университете использовали компьютерные модели настоящих нейронов (воссозданные из нейронов крыс того же типа) для построения трехмерной презентации нейрона с точной информацией о положении каждого дендрита, его диаметре и электрических свойствах. В ходе экспериментов и Компьютерной симуляции было выявлено, что электрическая сопротивляемость шипиков равномерна, вне зависимости от того, в какой части дендритного дерева они находятся.

И хотя до полного понимания мозга необходимы еще множества исследований, знания об электрических процессах в шипиках могут помочь в лечении таких болезней как Альцгеймера и Гентингтона.

«Мозг имеет гораздо более сложное устройство, чем любой компьютер, который мы когда-либо создавали, и понимание принципов его работы может привести к прогрессу не только в медицине, но и в областях, которые мы еще не рассматривали, — сказал Кэс. — Мы могли бы научиться обрабатывать информацию такими способами, о которых сейчас можем только гадать».

Компьютерная симуляция в цветах, отображающая напряжение (в милливольтах) на фрагменте дендритного дерева нейрона. Генерированные компьютером шипики были прикреплены к дендритам, а синапсы на семи шипиках в центре активированы, из-за чего напряжение в этой области возросло. Симуляция определяет распространение электрического заряда и сопутствующее повышение напряжения в близлежащих частях дендритного дерева в течение короткого (1 – 1/3 миллисекунды) промежутка времени после момента активации синапсов. (Изображение является собственностью Северо-Западного университета)

Ссылка на основную публикацию
Роллы при беременности — можно ли есть
Стоит ли отказываться от любимого лакомства роллы или суши при беременности или можно их кушать без риска и страха даже...
Ринопластика (пластика) носа картошкой у женщин и мужчин
Нос картошкой и ринопластика: до и после, как исправить Нос картошкой не является заболеванием или аномалией организма. На самом деле...
Риск наличия злокачественной опухоли яичника (ROMA)
СА-125 СА-125 Что такое CA-125? CA-125 (Cancer Antigen 125) – особое биологическое вещество (белково-углеводный комплекс, гликопротеин), которое вырабатывается клетками, выстилающими...
Роль тимуса в дифференцировке Т-клеток
T-лимфоциты Образование и развитие Основные функции Виды Норма Причины отклонений T-лимфоциты (t-лимфоциты) — клетки, предшественники агранулоцитов, образуются в костном мозге....
Adblock detector