Пошевели аксонами

В прошлой статье мы говорили о том, что структурной основой нашей способности к обучению и запоминанию являются сложные многоуровневые хитросплетения чувствительных, промежуточных и моторных нейронов.

Нейроны замыкаются друг с другом через специальные соединения – синапсы, и могут, как стрелки на игрушечной железной дороге, пускать электрические сигналы в те центры, где они накопятся, консолидируются и превратятся в воспоминания и навыки.

Мы также увидели, что синапсы могут обладать различной силой, и эта сила способна меняться, предопределяя процессы привыкания и обучения. Но это не все. Знаете ли вы, что, когда человек читает, думает, запоминает и учится – контакты между его нейронами перестраиваются? Одни пропадают, другие появляются.

Изменение силы синапса определяется процессами синтеза медиаторов в синаптическую щель, их разрушения и обратного захвата, а также состоянием и количеством рецепторов этих медиаторов на пост-синаптической мембране, то есть на мембране той клетки, на которую должен «перейти» сигнал.

synapse mediation

Одним из главных медиаторов, передающих возбуждение с одного нейрона на другой, является глутаминовая кислота или глутамат.

glutamate

На другой стороне синапса (на пост-синаптической мембране) глутамат связывается с NMDA-рецепторами. В результате этого взаимодействия пост-синаптическая мембрана деполяризуется, на ней формируется потенциал действия (изменение зарядов внутри и снаружи мембраны), который затем распространяется дальше по мембране нервной клетки.

Action_Potential

Чтобы глутамат выделился из пре-синаптического окончания в синаптическую щель нужен еще один нейромедиатор – серотонин, известный в некоторых кругах под именем 5-гидрокситриптамина (5-HT3).

Serotonin

Серотонин активирует еще две молекулы – цАМФ и протеинкиназу А, которые и стимулируют выброс глутамата в синапс.

Serotonin and glutamate

Facilitating neuron – промежуточный нейрон, 5-HT – серотонин, cAMP – цАМФ, PKA – протеинкиназа А, enhanced transmitter release – усиление выброса медиатора.

Как мы уже говорили в прошлой статье, усиление выброса медиатора приводит к сенсибилизации нейронов к обучающему стимулу, то есть способствует запоминанию и обучению. Так работает молекулярный механизм кратковременной памяти.

Те же механизмы действуют и при формировании долговременной памяти, однако есть разница. Для кратковременной памяти достаточно однократного предъявления обучающего стимула, а для долговременной нужна серия одинаковых стимулов.

Когда обучающий стимул повторяется несколько раз, и синаптическая сила возрастает (то есть увеличивается количество возбуждающего медиатора в синапсе) происходит одно любопытное явление. По мере увеличения продукции цАМФ под действием серотонина, протеинкиназа А (ПКА) в сенсорном нейроне начинает поступать не только в пре-синаптическую часть аксона, но и в ядро нейрона. Там ПКА и еще один фермент, MAP-киназа, активируют транскрипционный фактор CREB (cAMP response element-binding protein).

Транскрипционные факторы – это белки, регулирующие работу генов. CREB активирует те гены, которые отвечают за изменение внутренней структуры и внешней формы клетки. Один из эффектов работы этих генов – формирование отростков аксона, которые тянутся ко второй клетке (к той, на которую чувствительный нейрон должен передать свой сигнал).

Axon growth

Эти отростки дотягиваются до мембраны второй клетки и образуют с ней новые синапсы. В динамике эти процессы выглядят примерно так –

Чем больше раз повторяется обучающий сигнал – тем больше активных синапсов образуется между нейронами, задействованными в соответствующей цепи. В эксперименте этот процесс можно смоделировать, несколько раз подряд обработав чувствительный нейрон, участвующий в реализации условного рефлекса, серотонином.

protein synthesis memory

На фотографии зелеными стрелочками показаны синапсы между чувствительным и моторным нейроном до пятикратной обработки серотонином, а красными – новые синапсы, появившиеся через 24 и 72 часа после обработки.

То же самое происходит при запоминании и обучении. Этот процесс для наглядности можно выразить в числах. У аплизии на «необученном» нейроне 1,300 пре-синаптических окончаний. После формирования долговременной сенсибилизации (запоминание важного) – их уже 2,800, а при долговременном привыкании (забывание неважного) – 800.


Про то, чем сенсибилизация отличается от привыкания читайте в Мемуарах аплизии.


Так что у тех, много учится, нейроны вынуждены образовывать новые связи, структурно перестраивая мозг.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.

2 комментария

по хронологии
по рейтингу сначала новые по хронологии
1
Григорий

как я понимаю, под ЛСД можно Онегина быстро заучить!??))

2

Пробовать не советую 🙂