Чем сильнее шипован мозг, тем острее память

Чтобы запомнить новую информацию, нужно хорошо выспаться

Ученым из Нью-Йоркского университета и Пекинского университета удалось выяснить, почему информация лучше запоминается, если после обучения хорошо выспаться.

Оказывается, во время сна в префронтальной коре головного мозга начинают активно расти дендритные шипики – мембранные выросты, которые образуют новые межнейронные связи (синапсы). На образовании этих связей и основан процесс обучения и запоминания.

«Уже давно известно, что сон играет важную роль в обучении и запоминании. Если вы плохо спите, вы будете и плохо обучаться чему-то новому. Но что лежит в основе этого явления? В своем исследовании нам удалось показать, как сон способствует формированию новых связей между отростками нейронов, что связано с формированием долгосрочной памяти», — говорит ведущий автор исследования профессор Вэнь-Вяо Гань (Wen-Biao Gan).

В своем исследовании профессор Гань и его коллеги обучали генетически модифицированных мышей, у которых в проекционной зоне коры головного мозга были флуоресцирующие нейроны. Такие нейроны можно легко разглядеть под специальным лазерным сканирующим микроскопом. Это и позволяло ученым наблюдать за происходящими изменениями.

Мышей, которые участвовали в эксперименте, обучали балансировать на вращающейся с разной скоростью палочке.

«Это напоминает обучение катания на велосипеде. Когда, научившись кататься, этот навык уже невозможно потерять», — объясняет профессор Гань.

Убедившись в том, что дендритные шипики после обучения у мышей, действительно, дали ростки, ученые затем решили выяснить, как на образование новых связей между нейронами будет влиять сон.

Для этого мышей разделили на группы: в одной группе находились животные, которых учились в течение одного часа, а потом в течение семи часов спали. Другая группа на протяжении семи часов бодрствовала.

Оказалось, что у мышей, которых лишили сна, формировалось меньше дендритных шипиков и меньше связей между нейронами, по сравнению с теми мышами, которые после занятий хорошо высыпались. Это значит, что после сна они лучше запоминали информацию.

К тому же, как оказалось, во время таких занятий активировалась вся проекционная зона коры головного мозга, а вот во время глубокой фазы медленного сна происходила ее реактивация. «Наши данные позволяют предположить, что эта реактивация во время сна как раз очень важна для роста новых межнейронных связей», — добавляет Гань.

Более того, ученые выяснили, что от типа занятия зависит то, какая ветвь дендрита будет расти. Это значит, что каждое новое занятие активирует определенные структурные элементы головного мозга.

Читайте также:  Пять главных психологических причин переедания

«Теперь мы знаем, что, когда мы обучаемся чему-то новому, у нас образуются новые связи между нейронами на особых ответвлениях дентритов, — объясняет профессор Гань. — Представьте дерево, у которого растут листья (эти листья и есть дендритные шипики). Когда мы учимся, это похоже на рост новых листьев на определенных ветках».

Результаты исследований профессора Ганя и его коллег опубликованы в последнем номере журнала Science.

00 лет спустя, понимание электрической функции дендритных шипиков (dendritic spines).

Сайт научных новостей Science Daily, 5 декабря 2012.

Наименее изученный орган человеческого тела – его мозг, огромная сеть электрически возбудимых нейронов, сообщающихся между собой посредствам рецепторов на концах их напоминающих деревья дендритов (dendrites). Каким-то образом, работая сообща, эти клетки дают человеку такие возможности как память и способность к обучению. Но как это происходит?

Ученые знают, что дендритные шипики играют жизненно важную роль. Эти крохотные мембранные образования выступают из дендритных ветвей; распространенные по всему дендритному дереву, шипики одного нейрона принимают сигналы от приблизительно 1000 других. Но спустя более чем сто лет с момента их открытия, их функции изучены лишь отчасти.

Исследователь из Северо-Западного университета, работающий совместно с учеными исследовательского центра Janelia Farm при медицинском институте Говарда Хьюгса (МИГХ) привнес недавно важный вклад в решение головоломки под названием «как нейроны общаются друг с другом?» Исследователи показали, что шипики выполняют функцию электрических отсеков нейрона, изолируя и усиливая электрические сигналы, получаемые в синапсах (synapses), местах, где нейроны контактируют друг с другом.

Ключом к этому открытию послужили результаты инновационных экспериментов исследовательского центра Janelia Farm и компьютерные симуляции, проведенные в Северо-Западном университете, которые позволяют измерять уровень электрических реакций на шипиках дендритов.

«Это исследование подтверждает, что дендритные шипики обрабатывают и отвечают на синаптические сигналы не только химическим способом, но и электрическим», — говорит Вильям Кэс (William Kath), профессор инженерных наук и прикладной математики в инженерном институте Маккорника (McCornic School of Engineering) Северо-Западного университета, также профессор нейробиологии в Вейнбергском колледже искусств и науки и один из авторов работы.

Дендритные шипики бывают разной формы, но обычно состоят из грушевидной головки расположенной на конце тонкой трубки или шейки. Каждая головка имеет один или более синапсов и располагается в непосредственной близости к аксону, идущему от другого нейрона.

Читайте также:  Клиническая анатомия внутреннего уха

Ученые выяснили химические свойства дендритных шипиков: рецепторы на их поверхности реагируют на ряд нейротрансмиттеров (neurotransmitters), таких как глутамат и глицин, высвобождаемых другими нейронами. Но из-за невероятно маленьких размеров шипиков (приблизительно 1/100 диаметра волоса человечка) изучать их электрические свойства было труднее.

В этом исследовании, ученые исследовательского центра Janelia Farm МИГХ использовали три экспериментальных способа для получения доступа к электрическим свойствам дендритных шипиков в гиппокампе (hippocampi) мыши, части мозга, играющей важную роль в памяти и пространственном ориентировании. Сначала ученые использовали два миниатюрных электрода, для подачи тока и измерения ответного напряжения в разных областях дендритов.

Также использовался прием под названием «глутаматный взрыв» (glutamate uncaging), процесс, заключающийся в высвобождении глутамата, возбуждающего нейротрансмиттера, чтобы вызвать электрические ответы определенных синапсов, как если бы синапс только что получил сигнал от соседнего нейрона. Третий способ использует чувствительный к кальцию краситель (кальций играет роль химического индикатора реакции происходящей в синапсе), который вводится в нейрон, чтобы визуально продемонстрировать изменения напряжения в шипике.

Исследователи в Северо-Западном университете использовали компьютерные модели настоящих нейронов (воссозданные из нейронов крыс того же типа) для построения трехмерной презентации нейрона с точной информацией о положении каждого дендрита, его диаметре и электрических свойствах. В ходе экспериментов и Компьютерной симуляции было выявлено, что электрическая сопротивляемость шипиков равномерна, вне зависимости от того, в какой части дендритного дерева они находятся.

И хотя до полного понимания мозга необходимы еще множества исследований, знания об электрических процессах в шипиках могут помочь в лечении таких болезней как Альцгеймера и Гентингтона.

«Мозг имеет гораздо более сложное устройство, чем любой компьютер, который мы когда-либо создавали, и понимание принципов его работы может привести к прогрессу не только в медицине, но и в областях, которые мы еще не рассматривали, — сказал Кэс. — Мы могли бы научиться обрабатывать информацию такими способами, о которых сейчас можем только гадать».

Компьютерная симуляция в цветах, отображающая напряжение (в милливольтах) на фрагменте дендритного дерева нейрона. Генерированные компьютером шипики были прикреплены к дендритам, а синапсы на семи шипиках в центре активированы, из-за чего напряжение в этой области возросло. Симуляция определяет распространение электрического заряда и сопутствующее повышение напряжения в близлежащих частях дендритного дерева в течение короткого (1 – 1/3 миллисекунды) промежутка времени после момента активации синапсов. (Изображение является собственностью Северо-Западного университета)

Читайте также:  Гигиена мальчиков нужно ли открывать головку Советы мам и педиатра MamaMoldova

Дендритный шипик

  • Дендритный шипик — мембранный вырост на поверхности дендрита, способный образовать синаптическое соединение. Шипики обычно имеют тонкую дендритную шейку, оканчивающуюся шарообразной дендритной головкой. Дендритные шипики обнаруживаются на дендритах большинства основных типов нейронов мозга. В создании шипиков участвует белок калирин.

Шипики отличаются множеством форм, что отражается в их категоризации — различают филоподии, протошипики, грибовидные шипики, тонкие шипики, пеньковые шипики, разветвленные шипики и т. д. Существуют свидетельства того, что разные формы шипиков соответствуют разным стадиям развития и различной силе синаптических соединений. В исследованиях с использованием двухфотонных лазерных сканирующих микроскопов и конфокальных микроскопов было показано, что в зависимости от типа синаптической стимуляции объём и форма шипиков может изменяться, а сами шипики могут поворачиваться в пространстве, появляться и исчезать, при этом наиболее устойчивыми являются грибовидные шипики.

Шипики, в частности, выполняют роль отдельных клеточных компартментов, предотвращающих изменения в содержании ионов в цитоплазме материнского дендрита при активной работе синапсов.

Связанные понятия

Хотя долгое время считалось, что потенциал действия (ПД) может генерироваться преимущественно на начальном сегменте низкопорогового нейронного аксона (AIS), в течение последних десятилетий было накоплено много данных в пользу того, что потенциалы действия также возникают в дендритах. Такой дендритный ПД, для того чтобы отличить его от аксонного потенциала действия, часто называют «дендритный спайк».

Гранулярные клетки — несколько разновидностей мелких нейронов мозга. Название «гранулярная клетка» («зернистая клетка», «клетка-зерно») используется анатомами для нескольких разных типов нейронов, единственной общей особенностью которых является крайне малый размер тел этих клеток.

Пирамидальные нейроны, или пирамидные нейроны, — основные возбудительные нейроны мозга млекопитающих. Также обнаруживаются у рыб, птиц, рептилий. Напоминают по форме пирамиду, из которой вверх ведёт большой апикальный дендрит; имеют один аксон, идущий вниз, и множество базальных дендритов. Впервые были исследованы Рамон-и-Кахалем. Отмечены в таких структурах, как кора мозга, гиппокамп, миндалевидное тело (амигдала), но отсутствуют в обонятельной луковице, стриатуме, среднем мозге, ромбовидном мозге.

Клетки-канделябры (англ. chandelier cell, chandelier neuron; иногда: канделябровидные клетки) — ГАМКергические интернейроны коры головного мозга, образующие характерные продолговатые аксо-аксональные соединения исключительно с начальными сегментами аксонов пирамидальных клеток. Так называемые «картриджи» — аксональные терминали, окутывающие начальные сегменты пирамидальных аксонов, напоминают свечи и придают нейронам вид канделябра. Клетки-канделябры содержат кальций-связывающий белок парвальбумин.

Ссылка на основную публикацию
Чем опасно пониженное давление; Нижневартовская окружная больница №2
Помогает ли точечный массаж при гипотонии Содержание 1. Разновидности массажа при гипотонии 2. Точечный китайский массаж 3. Самомассаж при гипотонии...
Чем лечить кашель и как делать это правильно
Когда нужно ставить горчичники и как делать это правильно Польза горчичников Перед тем, как ставить горчичники, хотелось бы понять механизм...
Чем лечить кашель и насморк у взрослого в домашних условиях
У ребенка кашель от соплей: что делать, чем лечить и как быстро избавиться? Родители часто могут заметить появление кашля у...
Чем опасно растяжение связок И как правильно его лечить Здравоохранение Общество Аргументы и Факт
Растяжение голеностопа Неудачно приземлилась после прыжка с парашютом.Голеностоп опух,не болит,но ходить получается с трудом.Прописали фастум-гель и эластичный бинт.Кто знает,как скоро...
Adblock detector