В нервной системе наряду с процессами возбуждения существует и торможение, за которое отвечает отдельный класс клеток, и среди них наиболее распространены ГАМК-эргические нейроны. Они выделяют специфическое вещество − гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), которая, кстати, на сегодняшний день широко применяется в медицинской практике как лекарственный препарат, нормализующий динамику нервных процессов в головном мозге, улучшающий память и продуктивность мышления.
Если за миллионы лет эволюции в мозге возник, развился и закрепился механизм торможения, то вероятно он должен играть существенную роль в работе нервной системы, обладать весьма ценными функциями в управлении организмом и давать ему ключевые конкурентные преимущества в ходе естественного отбора.
В нейрофизиологии долгое время считалось, что эффекты тормозных нервных клеток заключаются в предотвращении чрезмерной импульсации возбуждающих нейронов. И эти клетки действительно выполняют такую функцию. В экспериментах было установлено, что введение веществ, блокирующих ГАМК, например, бикукуллина или пикротоксина, вызывало развитие избыточного возбуждения в нейронной сети, что клинически проявлялось появлением судорог.
Однако контроль за чрезмерным возбуждением оказался далеко не единственной функцией тормозных нейронов. Сначала Х. Барлоу из Калифорнийского университета в Беркли установил, что ганглиозные клетки в сетчатке глаза, передающие зрительную информацию в мозг, обладают чувствительностью к направлению движения объекта. А спустя некоторое время Д. Колдуэлл, Г. Уайт и Н. Дау выявили потерю дирекционной чувствительности этих нервных клеток после введения пикротоксина − ингибитора тормозного медиатора ГАМК, которая затем восстанавливалась после выведения блокирующего вещества из тканей.
Дэвид Готтлиб объясняет этот феномен тормозным действием амакриновых клеток сетчатки глаза, которые являются ГАМК-эргическими нейронами. Они располагаются на пути прохождения сигнала от рецепторов к ганглиозным клеткам. И, если не происходит множественного возбуждения рецепторных клеток за счёт светового сигнала, движущегося в определённом направлении, ГАМК-нейроны блокируют проведение импульса к ганглиозной клетке. В результате мозг не получает информацию о смещении объекта. Однако в случае возбуждения достаточно большой группы фоторецепторов, фиксирующих изменение положения объекта в пространстве (это проявляется изменением интенсивности падающего на сетчатку света), импульсы «прорываются» к ганглиозной клетке, возбуждают её, и мозг получает информацию о перемещении объекта.
Таким образом, ГАМК-эргические нейроны (в данном конкретном случае представленные амакриновыми клетками сетчатки глаза кролика) обеспечивают организм крайне важной функцией − детектированием движения. Это несомненно даёт биологическому виду, обладающему данным признаком, огромные преимущества в выживании, проявляющиеся как в добычи пищи, так и в защите от хищников.
Сходное немаловажное преимущество, которое обеспечивают ГАМК-эргические нейроны, было выявлено Р. Дайксом и его коллегами из Университета Макгилла на тактильном анализаторе. Общеизвестным фактом является то, что кошки обладают хорошо развитым навыком тонко дифференцировать локализацию раздражений на коже, даже если их наносят очень близко друг к другу. Это умение достигается за счёт узконаправленной передачи возбуждения от тактильных рецепторов кожи к соответствующим нейронам соматосенсорной коры головного мозга. Однако после введения бикукуллина данная способность исчезает из-за расширения рецептивных полей нейронов. Говоря простыми словами, в этом случае сигналы от группы рецепторов возбуждают не только ответственную за распознавание раздражения данной зоны кожи группу нейронов, но уже и соседние группы. В результате теряется способность к определению точного места раздражения.
Данные примеры демонстрируют, что роль тормозных нейронов не ограничивается простой регуляцией общей активности нейронной сети. ГАМК-эргические клетки обладают фундаментальным значением в работе мозга, определяя специфичность ответа других нервных клеток, что позволяет мозгу отбирать, сортировать и анализировать информацию, поступающую от органов чувств. Благодаря тормозным клеткам происходит настройка реактивности нейронных сетей, что обеспечивает восприятие и действия (Д.А. Готтлиб, 1988).
В собственных исследованиях по моделированию памяти в нейрокортикальной колонке нами были получены крайне интересные данные. Созданная модель нейронного модуля включала в себя как возбуждающие нейроны, так и тормозные. После введения изображения объекта во входной слой нейронной сети информация превращалась в мозаику хаотического возбуждения, однако уже через несколько циклов переходила в ограниченный набор устойчивых зон, аттракторов. В результате на выходе формировалось исходное изображение введённого объекта, т.е. осуществлялось запоминание образа. В случае же исключения из нейронного модуля системы тормозных нейронов, запоминание информации также происходило, однако для этого требовалось увеличение объёма нейронной сети в 10-20 раз. Таким образом, можно заключить, что наличие тормозной системы в мозге обеспечивает более высокую эффективность запоминания информации при использовании на порядок меньших ресурсов нейронной сети.
Гипотетически представим себе два организма, отличающиеся друга от друга только наличием или отсутствием тормозных клеток в нервной системе. Для обеспечения жизнедеятельности и осуществления сходных функций биологическому виду, не имеющему тормозной системы, необходимо было бы иметь мозг, как минимум в 10 раз больший по объёму в пропорции с телом, что сделало бы его абсолютно неконкурентоспособным и отправило на задворки эволюции.
Платформа Дзен по определённым причинам меняет алгоритмы показов. Если вы уверены, что подписаны на канал рекомендуется проверить это в связи с возможной автоматической отпиской.
Также материалы по теме «Загадки мозга»:
