Мы продолжаем нашу экспериментальную рубрику «Нейронауки без редактуры». Сегодня в ней о своей статье в Neuron рассказывает Анатолий Бучин, сотрудник Алленовского института мозга.
Анатолий Бучин. Фото с его страницы ВКонтакте
Наконец нашу статью про человеческие нейроны приняли и опубликовали! Это, пожалуй, самая крутая статья в которой мне удалось поучаствовать «второй скрипкой». На картинке нейроны мыши и человека, именно про них мы узнали что-то новое.
Известно, что мозг человека и других млекопитающих очень похож. Именно это позволяет нам, изучая мозг других животных, понять что-то про свой собственный. В частности, кора мозга, которая появилась позже всего в течение эволюции, очень похожа у всех млекопитающих. Именно она отвечает за множество психических функций, которыми мы обладаем.
Но если кора у нас и мышек устроена одинаково, почему же мышки не играют на скрипке и не делают научные открытия, а на люди на это способны хотя бы иногда? Иными словами, что делает нас особенными по сравнению с другими млекопитающими?
Довольно давно стало понятно, что это — очень сложный вопрос, который имеет много ответов. На один из них мы постарались ответить в нашей работе в институте Аллена. Объём мозга человека и площадь коры увеличивалась очень быстро в ходе эволюции. За последние 125 миллионов лет кора мозга человека стала больше примерно в 1000 раз по сравнению с мышиной. Логично, что человеческие нейроны должны были адаптироваться к таким быстрым изменением на эволюционном масштабе времени. К сожалению, мы не можем отправиться в прошлое и сравнить мозг предков человека и мыши, но мы можем сравнить мозг мыши и человека сейчас, учитывая сколько времени прошло.
Чтобы не сравнивать яблоки с апельсинами, мы рассмотрели свойства самых часто встречающихся нейронов коры — пирамидных клеток 2/3 слоя. Именно этот слой — самый толстый в коре человека по сравнению с мышиной в соответствующем масштабе. Мы обнаружили, что в мембране человеческих нейронов есть много специального тока, который называется h-ток. За него отвечают HCN каналы.
Сравнение нейронов человека и мыши
Такой ток есть во многих клетках нервной системы, но именно в человеческих нейронах его особенно много в нейронах 2-3 слоя коры. Мы это узнали, изучив физиологические свойства нейронов, а также уровень экспрессии генов, ответственных за h-ток. С одной стороны этот ток делает нейроны немного более похожими на осциллятор. Именно благодаря ему нейрон может генерировать долгие колебания потенциала в ответ вход, который она получает от своих соседей.
Помимо этого оказалось, что этот ток может помочь нейронам передавать осцилляции тета-диапазона (4-10 Гц) от дендритов к соме, где происходит генерация нервных импульсов. А также, наличие, h-тока в нейронах может ускорить проведение нервных импульсов. Это особенно важно для больших нейронов, таких как нейроны человека. С одной стороны большой нейрон может связаться с большим числом других нейронов, что может помогать более эффективно проводить информацию в сети. С другой стороны, чем больше нейрон, тем он медленнее, потому что информация по нему будет распространяться дольше. Возможно, наличие большого количества h-тока в нейронах человека позволило проводить информацию быстрее не смотря на их большой размер.
Сравнивая нейроны человека и других животных, мы надеемся постепенно понять что именно делает мозг человека особенным. Возможно, разница между мозгом человека и мыши такая же как между игровой приставкой и суперкомпьютером. Оба они построены на микропроцессорах, но суперкомпьютер обладает гораздо большей производительностью за счет более быстрых элементов и большего их количества.
Текст: Анатолий Бучин
«h-Channels Contribute to Divergent Intrinsic Membrane Properties of Supragranular Pyramidal Neurons in Human versus Mouse Cerebral Cortex» by Brian E. Kalmbach, Anatoly Buchin, Brian Long, Costas A. Anastassiou, Ed S. Lein, Jonathan T. Ting in Neuron. November 1, 2018DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2018.10.012