Изучение ответа нервных клеток на раздражители, переработка информации

Гранулярные нейроны привлекли внимание О. А. Крылова и его сотрудников из Центрального института курортологии и физиотерапии Министерства здравоохранения СССР. Точнее, исследователи пытались сравнить, как меняются количество ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и синтез новых белков с помощью ДНК в разных типах нейронов мозга. Зачем? Тут надо напомнить следующее.

Многие физиологи ныне предполагают, что приобретенный животным опыт, усвоенные им привычки, сведения могут записываться в мозгу в структуре разных макромолекул, подобно тому как кодируется наследственность. По-видимому, возникают и разные типы таких макромолекулярных соединении отличающиеся последовательностью нуклеотидов, если это нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), или аминокислот, если это белки. Но пока неясно, как протекают эти процессы в разных типах нейронов мозга, какие из них в большей, а какие в меньшей степени причастны к этим творческим функциям - хранению приобретенного опыта и индивидуальному приспособлению животного к окружающей его среде.

Предполагалось, что наивысшей чувствительностью к ; информационным воздействиям среды обладают "интеллектуалы мозга", и в частности гранулярные клетки. Менее чувствительны к ним пирамидные нейроны, управляющие движениями мышц. О. А. Крылов и его коллеги решили проверить эту гипотезу.

Опыты проводили на крысятах. Сравнивали пирамидные нейроны и два типа интернейронов, среди них - гранулярные. У крыс нет фронтальной коры как самостоятельно гистологического образования, в лобной коре этих животных грануляционные нейроны не образуют пласт. Они рассеяны по всей коре, их скопления есть в гиппокампе (извилина полушария головного мозга в основании височной доли, участвует в эмоциональных реакциях и механизмах памяти) и некоторых других частях мозга. Но своей формой, размерами, некоторыми биохимическими и физиологическими особенностями гранулярные нейроны высших млекопитающих и крыс практически не отличаются друг от друга.

По-видимому, речь идет об одном и том же типе нервных клеток. Поэтому те свойства, которые О. А. Крылов обнаружил у крысиных гранулярных нейронов, мы можем (с известной осторожностью!) приписывать и гранулярам лобной коры хищников, приматов и человека.

Подопытных крысят подвергали давлению среды, то есть выпускали в просторную комнату, где они получали пищу и воду с подвешенных полочек. Добраться до них можно было лишь по натянутым шнурам. Вдобавок животных учили спасаться от тока в одном из отсеков Т-образного лабиринта. Все это требовало от них определенного "умственного" труда.

В результате с помощью современных методов был установлен любопытный факт. Под давлением среды у хранительницы наследственной информации ДНК в разных типах клеток мозга - в "исполнителях", управляющих сокращениями мышц, и в интернейронах, "интеллектуалах" мозга, наиболее причастных к самым непонятным для нас функциям нервной системы - творческим, произошли совершенно различные изменения: в гранулярных клетках отмечался интенсивный синтез ДНК, а в пирамидных клетках коры он почти не изменился. Крылов считает, что гранулярным клеткам понадобилось так много материала для создания ДНК потому, что шло их быстрое новообразование. Однако если давление среды значительно усиливается, то и пирамиды тоже начинают захватывать материал для создания ДНК.

Зачем же пирамидным клеткам новые спирали ДНК? Ведь делиться они не могут!
Повелители мышц - пирамиды Беца - отвечают на давление среды тем, что увеличивают количество наборов ДНК в каждой клетке. Таким путем "закаляется" нейрон - повышает свою устойчивость к кислородному голоданию, информационным перегрузкам, отравлениям и другим экстремальным условиям. Ведь чем больше наборов наследственных нитей, тем больше может вырабатываться при острой нужде необходимых для жизни клетки биохимических соединений. Например, в мозге рыб, плавающих на больших перепадах глубин, много нейронов с целыми сотнями наборов ДНК.

"Закаленные", но работающие по определенным шаблонам нейроны проигрывали в точности, разнообразии и тонкости обработки поступающих сигналов и формировании новых, где отразились бы свойства полученного сигнала. Вслед за этим отставало в пластичности поведение. Например, тритоны, у которых в личиночном возрасте специальными приемами во многих нейронах создавали новые копии ДНК, при обучении в лабиринтах - они должны были находить пищу - значительно отставали от обычных животных.

Итак, умножая под давлением среды спирали ДНК, - гранулярные нейроны совершенствовались в переработке информации, ее запоминании и "осмыслении", а гигантские пирамиды Беца, видимо, призванные больше действовать, чем "размышлять", повышали свою индивидуальную выносливость и стойкость.

Однако изменения, происходящие со "скрижалями наследственности" под влиянием различных воздействий и, возможно, приобретенного опыта, отражаются не только в увеличении содержания этого вещества в нейронах. Качественные изменения ДНК не менее важны в жизни нервных и других клеток. Участки ДНК (кодоны), с которых считывается информация для синтеза различных белков, могут быть открыты для синтеза информационной РНК, а с нее - новых белков или блокированы, закрыты для этого процесса. Открытых участков в нервных клетках в три-пять раз больше, чем в других клетках, например, печени, почек, селезенки.

А в мозге человека кодонов ДНК, открытых для синтеза и РНК, и далее - белка, значительно больше, чем у животных, например в мозге мыши. Иначе, этот показатель как-то связан с интеллектуальным уровнем живого существа. В нейронах новые участки на информационной нити открываются тогда, когда клетка получает информацию, которая должна сохраниться в памяти. (В соответствующих белках, синтезирующихся с открывшихся кодонов, эта информация переведется на "язык мозга" и зафиксируется.)

Дальнейшие опыты О. А. Крылова дали неожиданный результат: генетический аппарат каждого гранулярного "индивидуума" оказался менее отзывчивым на внешние воздействия, чем у пирамидных клеток, в гранулярах такие воздействия "отпирают" для синтеза белка лишь
немногие гены. Объяснить это можно тем, что пирамид в мозге относительно немного и происходящее в каждой из них имеет для него большое значение. Потому-то так напряжен, так интенсивен в этих "Голиафах мозга" синтез новых белков и ферментов.

А у грануляров - коллективный стиль физиологической работы. Для них важны не столько личные пертурбации каждой клетки, сколько новообразование нейронных ансамблей и происходящие в них нейрохимические таинства.

После действия важного для животного раздражителя изменение электрического потенциала в части таких ансамблей сохраняется от 30 минут до нескольких суток. Очевидно, на некоторое время часть грануляров отключается от текущей деятельности и производит химическую настройку и согласование синапсов в своих цепях, чтобы запомнить и отработать новый маневр интеграции. По мере того как мозг привыкает к раздражителю, сдвиг электрического потенциала в ансамблях снижается. Но стоит сигналу измениться, как гранулы отвечают с прежней силой.

Это дает основание думать, что одной из "профессий" гранулярных клеток является выделение новых стимулов во всем потоке информации.

Следовательно, разные типы нервных клеток по-разному участвуют в переработке информации. У каждого типа, очевидно, есть свой "стиль" ответных реакций на давление среды, и проявляется это, в частности, различными изменениями их генетического аппарата и способностью к образованию новых ансамблей. Вот вывод, который можно сделать из опытов О. А. Крылова и его коллег.