Мозг поумнел от хорошего электрического контакта
Постижение принципов работы головного мозга и построение его безграничной модели – одна из самых громадных задач, стоящих перед современной наукой. Новое изучение пролило свет на эволюцию высшей нервной деятельности и на то, как нам удалось стать такими умными. Ну либо хотя бы некоторым из нас…
Дабы продвинуться в изучении этого вопроса, английские нейробиологи продолжительно и кропотливо изучали одноклеточных, мух, мышей и, само собой, добровольцев вида Homo sapiens. Труды их были не напрасны: сейчас возможно смело утверждать, что на происхождение интеллекта повлияло не столько количество серого вещества, сколько уровень качества совокупности передачи данных между нейронами.
Обмен импульсами (другими словами управление всей деятельностью живых организмов) осуществляется при помощи синапсов – химических комплексов, отвечающих по большей части за контакт между дендритом и аксоном.
Учёные считают, что именно усложнение этих контактов содействовало происхождению более продвинутых моделей поведения у млекопитающих, а потом – и у человека.
Упрощённый механизм передачи сигнала выглядит так: из синаптических пузырьков аксона освобождается нейротрансмиттер, что выходит в синаптическую щель и, по окончании определённой реакции, соединяется с молекулярными рецепторами дендрита. В следствии индукции и появляется нервный импульс (иллюстрация с сайта wikipedia.org).
На протяжении многоступенчатого изучения удалось узнать, что развитие нервных соединений – альфа и омега интеллектуальной революции: сперва показались строительные кирпичики нужной сложности, а уж позже на их базе произошло возведение величественного строения головного мозга.
Результаты данной работы размещены в издании Nature Neuroscience.
До сих пор господствовала точка зрения, в соответствии с которой синапсы у многих животных устроены схожим образом, а отличие в мыслительном потенциале появляется только благодаря большего либо меньшего их количества. Это кроме относительного количества черепной коробки, очевидно.
«Мы неизменно упрощённо пологали, что чем больше нейронов, тем круче мозг, но отечественная последняя работа это опровергает, – говорит доктор наук Сет Грант (Seth Grant), начальник изучения и по совместительству глава программы Genes to Cognition. – Никто до сих пор не обращал внимания на молекулярный состав нейронных контактов».
Известны по крайней мере два проводящих механизма в синапсе: конкретно через синаптическую щель при помощи поляризации мембраны и передача при высоком содержании ионов Ca. Второй механизм, предположительно, стремительнее первого (иллюстрация с сайта wmneurosurgery.org).
Английские учёные нашли значительные различия в сложности и числе белков, определяющих темперамент передачи импульсов. В синапсах млекопитающих было найдено около 600 разных типов белков, у беспозвоночных – приблизительно 300.
Но это ещё не всё. У дрожжевых бактерий было зафиксировано около 150 типов белков – а ведь у них по большому счету нет мозга. Но синаптические связи оказывают помощь одноклеточным трактовать внешние сигналы – изменение температуры, к примеру.
Согласно точки зрения доктора наук Гранта, найденные у микроорганизмов контакты – потомки старого «протосинапса», что снабжал формирование первых моделей поведения. Другими словами как раз так в первый раз появилась свойство реагировать на окружающую реальность и производить адекватную схему.
В будущем число вероятных комбинаций ответных реакций росло – сперва у беспозвоночных, а позже и у позвоночных. Венцом творения в этом случае, конечно, выступает человек. Быть может, что развитие синаптических связей в итоге и стало причиной появлению логики.
Врач Грант уверен в том, что сложность и количество протеинов в синапсе росли взрывообразно. В первый раз это случилось около трёх миллиардов лет назад, в то время, когда показались многоклеточные.
Вторая волна – появление позвоночных около 500 миллионов лет назад (иллюстрации с сайтов fireflyforest.net, eb.com/MEMBRANA).
Уже на протяжении первого этапа изучения учёным в первый раз удалось выделить нейронные белки из мозга мух, что разрешило оценить механизм передачи данных у беспозвоночных и сравнить его с известными данными по животным.
Предстоящее изучение поведенческих моделей и соответствующих наследственных мутаций у животных подтвердило начальные оценки: эволюция «передаточных» протеинов связана с усложнением моделей сознания – впредь до происхождения высшей нервной деятельности.
К примеру, один из локализованных генов – SAP102 – «разрешал» подопытным мышам верно ориентироваться в лабиринте. Дело в том, что при его блокировании перестают вырабатываться нужные для прохождения нервных импульсов белки (причём лишь определённых типов), и в этом случае мышки просто не смогут отыскать дорогу. Мутации данного гена у человека, отметим, приводят к умственной неполноценности.
Так, удалось связать пара выделенных ранее генов с когнитивными свойствами людей и животных – это по-настоящему важное достижение.
Второй увлекательный итог изучения синапсов – установление связи между памятью передачи и интенсивностью импульса. У синапса существует так называемая долгая потенциация (LTP), в то время, когда поддерживается долгий контакт, и долгосрочная депрессия (ЛТД), в то время, когда он блокируется.
Большая часть теоретиков нейрофизиологии считает, что эти два механизма лежат в базе клеточных обучения и механизмов памяти (иллюстрация Discovery, Genes to Cognition/Sanger Institute).
Нельзя исключать, что именно усложнение протеинов – ключ к пониманию мыслительных свойств. Авторы работы уверены в том, что таковой «апдейт» явился обстоятельством выделения специальных отделов в головном мозге, что, со своей стороны, организовало предпосылки для происхождения высшей нервной деятельности.
«Скоро мы сможем выстроить поведения и возникновения простую модель сознания, неспециализированную для всех существующих видов», — говорит врач Грант. Согласно его точке зрения, мы находимся «в одном шаге» от того, дабы ответить на воистину философский вопрос: что имеется идея и что имеется людская логика.
А второй участник проекта, врач Ричард Эмес (Richard Emes) из университета Киля (Keele University), уверен в том, что, по крайней мере, начал вырисовываться эволюционный путь сознания: «Это потрясающе, как природа способом ошибок и проб соединила соответствующие белки в примитивную сенсорную совокупность сперва у несложных, а позже мы дошли до более сложных синаптических связей у млекопитающих, каковые разрешают не только реагировать на окружающий мир, но и разбирать его».
Кстати, сравнительно не так давно учёные узнали, что при передаче импульсов между двумя нейронами часть разрешённых может «перекидываться» на соседние синапсы – для повышения пропускной свойстве (иллюстрация с сайта georgiapainphysicians.com/MEMBRANA).
В общем, на данном этапе схема развития сознания представляется следующим образом: рост сложности молекулярных комплексов – появление «громадных» синапсов – повышение количества мозга. По крайней мере, в случае если опираться на результаты нового изучения.
Кстати, авторы работы сравнивают эволюцию синапса с повышением вычислительной мощности процессоров. Весьма интересно, человек – это уже достигнутый потолок роста производительности, либо вероятны и более идеальные создания?
Достигли ли мы собственного квантового потолка?
