Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) выявили неожиданную особенность мозга взрослых млекопитающих. В ходе работы ученые обнаружили миллионы «немых синапсов» – незрелых соединений между нейронами, которые остаются неактивными до момента формирования новых воспоминаний. Ранее считалось, что подобные структуры присутствуют в тканях только на ранних этапах развития, когда мозг максимально восприимчив к внешней информации.
Результаты исследования, опубликованные в журнале «Nature», показывают, что у взрослых мышей около 30 процентов синапсов в коре головного мозга остаются неактивными. Наличие такого скрытого резерва объясняет, как мозг продолжает обучаться на протяжении всей жизни, не нарушая при этом уже сформированные нейронные связи. По словам ведущего автора работы Димитры Вардалаки, эти структуры позволяют создавать новые воспоминания, не перезаписывая важные данные в зрелых синапсах, которые обладают высокой стабильностью и практически не поддаются изменениям.
Долгое время в научном сообществе преобладало мнение, что немые синапсы исчезают в первые недели после рождения. Однако использование метода eMAP, который позволяет физически расширять ткани мозга для визуализации белков с предельно высоким разрешением, помогло обнаружить повсеместное присутствие филоподий. Эти крошечные выступы, отходящие от дендритов нейронов, и оказались искомыми неактивными соединениями. Анализ показал, что филоподии содержат NMDA-рецепторы, но лишены AMPA-рецепторов, что делает их неспособными передавать электрические сигналы в обычных условиях.
Экспериментальным путем ученые доказали, что эти соединения можно активировать. При сочетании высвобождения глутамата с электрическим импульсом от нейрона в синапсе начинают накапливаться AMPA-рецепторы, превращая его в полноценный функциональный канал связи. Этот процесс протекает значительно легче, чем модификация уже активных синапсов, которые защищены высоким порогом пластичности для сохранения долгосрочной памяти.
Открытие подтверждает гипотезу о том, что мозг млекопитающих поддерживает баланс между гибкостью и стабильностью за счет резерва адаптивных соединений. Сейчас авторы работы изучают наличие аналогичных механизмов в мозге человека. Исследователи полагают, что количество немых синапсов может меняться с возрастом или при развитии нейродегенеративных заболеваний. В перспективе манипуляции с механизмами активации таких связей могут стать основой для терапии, направленной на восстановление когнитивных функций и способности к обучению у пожилых людей.
