Клетки ускорения

Как нам удается заучивать наизусть песни и стихотворные строчки, а также осваивать новые навыки, допустим, связанные с различными орудиями труда? Оказывается, в нашей мозговой коре имеется особая группа клеток, которые вырабатывают сигналы в несколько десятков раз быстрее, чем остальные нейроны. Этой особенностью кроме людей обладают еще и певчие птицы. Исследование на данную тему недавно провели профессор Орегонского университета здоровья и науки Клаудио Мелло и его коллеги. Результаты работы были опубликованы в научном журнале Nature Communications.

Чтобы мы могли совершить то или иное действие, предположим, поднять руку, сделать шаг, нажать кнопку на пульте, произнести слово или фразу, необходимо запустить сложный нейронный процесс. Команда, отдаваемая мозгом, заставляет нервные клетки выстраиваться в цепочку, строение которой зависит от того, какова цель процесса. Если импульс, поступающий от мозговой коры, слишком медленный, результат может оказаться не особо эффективным.

Команда нейрофизиологов начала с того, что провела серию опытов, пытаясь выявить механизмы, помогающие зебровым амадинам – небольшим пернатым из семейства вьюрковых ткачиков – заучивать новые мелодии. Для этого необходимо было идентифицировать сигналы, которые вырабатывались клетками моторной коры птиц в процессе исполнения песен. Чтобы получить нужную информацию, к мозгу птичек подключили электроды, которые позволяли следить за активностью соответствующих участков коры.

Выяснилось, что в мозгу зебровых амадин присутствовала группа уникальных, очень крупных, нервных клеток, вырабатывающих мощные и короткие импульсы, длиной всего 0,2 миллисекунды. В то время как у остальных нейронов на выработку сигнала уходит обычно в десятки раз больше времени.

Детально изучив структуру ионных каналов и другие свойства этих клеток, эксперты увидели явное сходство с так называемыми клетками Бетца, находящимися в моторной коре человека. Последние предположительно отвечают за умение пользоваться сложными орудиями труда (в наше время к ним могут относиться станки или различные электронные устройства) и за работу речевого аппарата.

Судите сами: чтобы воспользоваться микроволновкой для приготовления пищи или заставить свой смартфон совершить ту или иную операцию, мы должны отдать этим устройствам определенную команду. Нам может казаться, что мы делаем это на автомате. Но это не так. Точно так же мы не слишком задумываемся, произнося какие-либо слова или отвечая на слова собеседника. И все это благодаря нейронам, функционирующим с высокой скоростью. Иначе на это уходила бы масса времени.

Изучив строение этих клеток, ученые обнаружили, что рекордно высокая скорость их работы была связана с высокой концентрацией молекул белка NavB4, ускоряющего процесс перекачки ионов натрия внутрь нейронов. Именно данная цепочка аминокислот позволяет птенцам зебровых амадин научиться петь и эффективно запоминать новые мелодии. И, скорее всего, этот же белок играет аналогичную роль в работе человеческого мозга.

«Эти клетки критически важны для координации и выполнения самых сложных действий, – рассказывает Мелло. – Представьте себе пианистов, им приходится так быстро думать и действовать, что при исполнении музыкальных произведений они постоянно вынуждены опираться на те машинальные действия и движения, которые они отрабатывали во время обучения».

Как полагают специалисты, если данный механизм дает сбой, у людей могут возникать проблемы и с речью, и с освоением различных навыков, требующих совершения четких и быстрых действий. Это может происходить вследствие врожденных мозговых дефектов, травм мозга, инсультов, деменций и так далее. Не исключено, что именно в этом состоит причина нарушения интеллекта. Сигнал доходит до цели слишком поздно или не доходит совсем, и действие совершить невозможно.

Взять хотя бы умственно отсталых детей или тех, у кого психика вроде бы нормальная, но возникают проблемы с учебой. Они часто не в состоянии запомнить содержание прочитанной или услышанной информации, не могут выучить заданное стихотворение. Если в классе дается задание на время, они, как правило, не успевают выполнить его до конца или даже приступить к нему. Действия, связанные с использованием каких-то сложно устроенных предметов, могут вызывать у них затруднения. Нередко взрослые думают, что ребенок или подросток просто ленится, не хочет учиться, и ругают его за это. А сверстники могут обзывать его «тупым» или «тормозом». Тем более что и речь у таких детей часто затруднена, они могут не сразу найтись с ответом на какой-либо вопрос, кажутся несообразительными… Но дело может быть именно в физиологической неспособности усвоить нужные сведения и навыки. Конечно, никому не придет в голову проверить мозг такого школьника на предмет патологий. Способность к обучению определяют при помощи тестов, а не исследований моторной коры.

После травмы или в связи с каким-либо заболеванием человек, который до этого нормально справлялся с теми или иными функциями, может также начать «тормозить». Нередко такие люди признаются, что действия, которые раньше давались им легко, теперь требуют значительных усилий. Если прежде они, не задумываясь, нажимали на кнопку, то сейчас им нужно еще хорошенько подумать, на какую кнопку нажать.

Если удастся до конца понять, как функционируют указанные группы клеток, то, возможно, удастся и научиться предотвращать развитие подобных сбоев в работе мозга, считают авторы исследования. Либо как-то их корректировать. Например, разработав специальные методы терапии.

В ближайшее время группа Мелло намерена продолжить эксперименты в надежде, что это даст новую полезную информацию, которая позволит больше узнать о том, как наш мозг координирует сложные действия.

Лада КОВАЛЕНКО