Как синапсы фильтруют информацию для принятия решений: открытие ученых
Работа ученых из Йельского университета и Университета Коннектикута показывает, что специфическая конфигурация электрических синапсов позволяет животным придавать приоритет важной информации даже при схожих сенсорных сигналах. Это открытие может пролить свет на фундаментальные принципы работы нервной системы, применимые не только к простым организмам, но и к более сложным биологическим системам, включая человека.
Мозг животных постоянно сталкивается с потоком сенсорной информации: звуки, запахи, визуальные образы и многое другое. Чтобы реагировать эффективно, мозгу необходимо фильтровать эти данные, выделяя наиболее значимые сигналы. Этот процесс называется «выбор действия» и включает активацию поведения, соответствующего конкретной ситуации.
Для изучения этого феномена специалисты обратились к нематоде Caenorhabditis elegans (C. elegans). Несмотря на свою простоту, этот червь является мощной моделью для оценки нейронных механизмов выбора действия. Одной из его особенностей является способность к температурной навигации: черви могут находить предпочтительную для себя температурную зону и оставаться в ней.
Черви используют две стратегии: «градиентная миграция», когда они двигаются к более комфортной температуре, и «изотермальное слежение», позволяющее оставаться в пределах предпочитаемого диапазона. Выбор подходящей стратегии зависит от контекста: черви выполняют градиентную миграцию, когда находятся далеко от комфортной температуры, и переключаются на изотермальное слежение, когда достигают нужных условий.
Ученые сосредоточили внимание на электрических синапсах, которые отличаются от гораздо лучше изученных химических синапсов. Они обнаружили, что электрические синапсы, образованные белком INX-1, соединяют пару нейронов AIY, ответственных за принятие решений о движении у C. elegans.
Эти синапсы выполняют не только функцию передачи сигналов, но и действуют как «фильтры». У червей с нормальной функцией INX-1 электрическая связь подавляет слабые сигналы от температурных нейронов, помогая игнорировать незначительные колебания температуры. Это позволяет червям эффективно двигаться к желаемой температуре.
Однако у червей с нарушенной функцией INX-1 нейроны AIY становятся гиперчувствительными. В результате они реагируют даже на небольшие изменения температуры, что заставляет их застревать в неподходящих температурных зонах. Это приводит к снижению способности эффективно перемещаться для поиска более комфортной температуры.
«Это как птица, которая пытается лететь, но при этом держит ноги вытянутыми, как будто готовится к посадке,» — объясняет Дэниел Колон-Рамос, ведущий автор исследования. «Такое поведение приводит к неэффективности в достижении поставленных целей.»
Эти результаты имеют значение далеко за пределами поведения червей. Электрические синапсы встречаются в нервных системах многих животных, включая человека. Например, в сетчатке человеческого глаза группа нейронов, называемых амакриновыми клетками, использует схожую конфигурацию электрических синапсов для адаптации зрения к изменениям освещения.
«Наше исследование показывает, как изменения в связях между отдельными нейронами могут влиять на восприятие окружающей среды и поведение животных,» — отмечает Колон-Рамос. «Хотя детали выбора действий у разных организмов могут различаться, принципы роли электрических синапсов в изменении реакций на сенсорные сигналы могут быть универсальными.»
Эти открытия подчеркивают важность конфигурации синапсов в обработке сенсорной информации и демонстрируют, как нервная система адаптируется к контексту, чтобы обеспечить адекватное поведение.
Ранее российские специалисты научились управлять устройствами, имитирующими синапсы мозга человека.
