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

Sorry that something went wrong, repeat again!

2комментария

сначала новые
по рейтингу сначала новые по хронологии
1
Григорий

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

2
Андрей Саватеев

Пробовать не советую 🙂