Изучение прогностических свойств метаболизма нейронов расширит наши знания о том, как человек учится и запоминает. Это показал анализ результатов исследований молекулярных механизмов обучения и памяти, который провели ученые из России и США.
Исследование опубликовано в журнале Neuroscience & Biobehavioral Reviews. Сегодня в науке формируется тенденция рассматривать работу нейронов как проактивную, направленную в будущее. Этот подход, однако, еще не стал мейнстримом, и пока такие публикации в меньшинстве.
В статье Neuronal metabolism in learning and memory: The anticipatory activity perspective профессор ВШЭ, заведующий лабораторией психофизиологии имени В. Б. Швыркова Института психологии РАН Юрий Александров и профессор департамента физиологии и биофизики Университета штата Нью-Йорк в Буффало Михаил Плетников утверждают: проактивность нейронов связана с тем, что они, как и все живые организмы, стремятся выжить.
В качестве пищи для нейронов выступают метаболиты, поступающие из окружающей среды (молекулы, необходимые для жизнедеятельности клетки). А в качестве действия нейрона, направленного на получение необходимых метаболитов, — импульсная активность нейронов. Нейрон не реагирует на поступающий сигнал, входную импульсацию, а своей активностью обеспечивает необходимый ему приток веществ, в том числе нейромедиаторов.
«Когда группы специализированных нейронов работают вместе, мы действуем и получаем поведенческий результат, а нейроны — свой микрорезультат: необходимые им метаболиты. Этот процесс может быть назван метаболической кооперацией клеток. В нее вступают не только нейроны, но и глиальные, соматические, железистые, мышечные и другие клетки в масштабах всего организма. Этот принцип работы клеток лежит в основе научения. По сути своей научение — это создание общих для организма (общеорганизменных) групп метаболически кооперирующих клеток, которые обеспечивают поведение человека», — рассказывает Юрий Александров.
Исследователи отмечают, что изучение молекулярных механизмов обучения и памяти долгое время было основано на парадигме «стимул — реакция». Согласно этому подходу, считалось, что организм человека реагирует на стимулы из внешней среды, и таким же образом действуют, реагируя на входную импульсацию, нейроны. Импульсация вызывает возбуждение разных участков мембраны нейрона, и нейрон дает или не дает реакцию — свой спайк (электрический разряд). Это зависит от того, достигло ли суммарное возбуждение определенной пороговой величины.
В 1930–1970-х годах советский физиолог Петр Анохин разработал теорию функциональных систем. В рамках этой теории он сформулировал представление об «интегративной деятельности нейрона», согласно которому, когда к нейрону приходит возбуждение, начинаются внутринейронные химические процессы, а не суммация локальных возбуждений на мембране. Результатом именно этих химических процессов является возникновение спайка.
Представление Анохина легло в основу дальнейшей разработки его учениками — Вячеславом Швырковым и его сотрудниками — системно-ориентированных подходов к исследованию нейронов. Однако и у Анохина сохранялось традиционное понимание последовательности процессов: сначала к нейрону приходит возбуждение, на которое тот, в свою очередь, реагирует.
«Важным этапом современных системных представлений о нейроне стали представления о том, что на первом месте во временной последовательности стоит не приход импульсации к нейрону, а его собственная, направленная в будущее активность. Нейрон сам обеспечивает приток к нему активности, а не реагирует на внешнее возбуждение», — отмечает Юрий Александров.
Авторы статьи сформулировали задачи будущих экспериментальных исследований для изучения механизмов общеорганизменной метаболической кооперации клеток как ключевой закономерности научения. По мнению исследователей, такой подход может стать прорывом в изучении поведения злокачественных клеток и разработке способов лечения рака.
«Злокачественные опухоли состоят из клеток, которые метаболически кооперируют не только со своим непосредственным окружением, но и с другими клетками организма. Мы собираемся экспериментально изучать клетки опухоли в ситуациях полярных типов поведения индивида, а именно направленных на достижение желаемого события или избегание нежелательного, опасного. Это позволит нам понять, как сказываются свойства разных общеорганизменных интеграций клеток на выживании клеток опухоли. Мы надеемся сформулировать подход к эффективному влиянию на опухолевые клетки через поведение человека», — рассказал Александров.