Что такое нейропластичность и почему ученые по-прежнему не могут понять, как работает мозг?

Человеческий мозг – настоящий венец эволюции. Этот орган весом несколько килограммов каждую секунду создает вашу личность. Миллиарды крошечных нейронов искрят электричеством, а наша психика – ничто иное как продукт работы головного мозга. Стоит ли говорить, что именно мозг является самым не изученным органом человеческого тела и регулярно оставляет ученых в недоумении. По сути, мозг – мощнейший двигатель, благодаря которому мы остаемся на плаву даже в самых экстремальных ситуациях. Мы способны адаптироваться к самым суровым условиям – наш мозг обладает нейропластичностью. Ученые определяют нейропластичность (или пластичность мозга) как способность нервной системы изменять свою активность в ответ на внутренние или внешние стимулы путем реорганизации ее структуры. Исследования, проведенные в прошлом столетии, показали, что нейронная пластичность является фундаментальным свойством нервной системы у всех видов – от насекомых до людей. Однако, несмотря на интенсивные исследования механизмов, управляющих пластичностью, до сих пор не ясно, как именно пластичность формирует морфологию и физиологию мозга. А результаты недавнего исследования и вовсе оставили ученых обескураженными и неспособными понять, как работает мозг.

Изучение работы мозга нередко оставляет ученых в недоумении

Что такое нейропластичность?

Наш мозг известен своей гибкостью или «пластичностью», потому что нейроны могут создавать новые или более прочные связи друг с другом. Но если некоторые связи укрепляются, нейроны должны компенсировать это, чтобы не перегружаться входными данными. В работе 2019 года исследователи впервые продемонстрировали, как достигается этот баланс: когда укрепляется одно соединение, называемое синапсом, соседние синапсы сразу же ослабевают из-за действия важнейшего белка, под названием Arc.

В ходе работы команда обнаружила простое фундаментальное правило, лежащее в основе такой сложной системы, как мозг, где 100 миллиардов нейронов каждый имеют тысячи постоянно меняющихся синапсов. Это открытие, по мнению его авторов, дает объяснение тому, как синаптическое усиление и ослабление сочетаются в нейронах и создают пластичность.

Наша способность перепрограммировать отдельные нейроны в неповрежденном мозге и наблюдать в живой ткани разнообразие молекулярных механизмов, которые позволяют этим клеткам интегрировать новые функции благодаря синаптической пластичности, поражает – пишут авторы исследования.

Кстати, гиппокамп, например, помогает животным ориентироваться в окружающей обстановке.

Увидев новое правило в действии, исследователи все еще стремились понять, как нейроны ему подчиняются. Работа, проведенная в лаборатории Sur сочетает в себе передовые методы визуализации и генетические инструменты для прекрасного мониторинга функции отдельных синапсов внутри мозга. Таким образом полученная исследователями информация позволяет понять как развиваются и реконструируются нейронные связи.

Нейробиологи в замешательстве

Итак, если мы хотим наконец понять как работает мозг, то должны направить свои усилия на изучение синаптической пластичности. Интересно, что до девятнадцатого века мозг в основном рассматривался философами, и, следовательно, только в конце 1800-х и начале 1900-х годов были заложены основы современной нейробиологии. В последнее десятилетие этого столетия несколько ученых внесли ключевой вклад в наше современное понимание синаптической пластичности.

Но вопросов, увы, меньше не становится. Дело в том, что мозг должен быть гибким, но не слишком. Он постоянно перестраивается благодаря новому опыту, но как? Относительно простое объяснение можно получить, например, у неврологов. Так, в статье для The Atlantic говорится, что определенные группы нейронов надежно срабатывают, когда их владелец чувствует запах розы, видит закат или слышит звонок.

Перед учеными стоит очень непростая задача, как ни крути

Эти паттерны нейронной реакции предположительно остаются неизменными от одного момента к другому. Но, как обнаружили авторы нового исследования и другие специалисты, иногда это не так.

В ходе работы команда исследователей их Колумбийского университета позволяла мышам нюхать одни и те же запахи в течение нескольких дней и недель и регистрировали активность нейронов в пириформной коре головного мозга грызунов — области мозга, участвующей в распознавании запахов. В какой-то момент каждый запах вызывал срабатывание определенной группы нейронов в этой области.

Таинственные нейроны

С течением времени, однако, стало происходить нечто странное – некоторые нейроны перестали реагировать на запахи, а другие начали. Нейроны, которые представляли запах яблока в мае, и те, которые представляли один и тот же запах в июне, так же отличались друг от друга, как и те, которые представляют запахи яблок и травы в любой момент времени.

Необходимо отметить, что это новое и единственное исследование в этой области. Однако другие ученые ранее показали, что одно и то же явление, называемое репрезентативным дрейфом, происходит в различных областях мозга, помимо пириформной коры. Его существование ясно; все остальное – загадка.

Вот что сами авторы исследования рассказали журналистам: Ученые должны знать, что происходит, но в данном конкретном случае мы в глубоком замешательстве. Мы ожидаем, что на то, чтобы все уладить, уйдет много лет.

Мозг способен изменяться на протяжении всей нашей жизни

Если нейроны в пириформной коре реагируют на определенный запах, то вероятность того, что он будет реагировать на него и через месяц, составляет всего один к 15! В любой момент времени в ответ на каждый запах срабатывает одинаковое количество нейронов, но их идентичность меняется. Но как мозг узнает, что чувствует нос или что видят глаза, если нейронные реакции на запахи и зрение постоянно меняются?

В конечном итоге дрейф, о котором говорят специалисты, может быть просто ошибкой нервной системы — проблемой, которую нужно решать. «Связи во многих частях мозга постоянно формируются и разрушаются, и каждый нейрон сам по себе постоянно перерабатывает клеточный материал» – объясняют ученые. И все же, их работу некоторые называют некорректной – основная нейронаука опирается на очень конкретные методы и результаты и преобразует их в облако туманной концепции.

Где была бы современная наука без этих грызунов?

Во многих областях нейронауки предпосылки остаются неисследованными, но все остальное безупречно, – объясняют ученые. В этой области существует настоящий спрос на новые идеи, — считают исследователи.

И неспроста, ибо мы нуждаемся в новых теориях и идеях. Нейронаука сегодня настолько незрела и концептуальна, что ученые, по сути, находятся на этапе сбора информации и фактов. Однако, мне думается, что в ближайшие десятилетия мы все-таки сможем наконец сказать: «мы понимаем как работает мозг, слава науке».

В конечном итоге, последние исследования в области развития мозга по мере взросления, внушают оптимизм и делают нашу жизнь лучше. А вот о том, чем мозг подростков отличается от мозга взрослого человека, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению!

Источник