Александр Гордон - Диалоги (октябрь 2003 г.)
А.С. В окрестностях синаптических терминалей концентрация внесинаптического нейропередатчика может меняться в зависимости от активности. Причем, источником нейропередатчика могут быть не только синапсы. Он может высвобождаться глиальными клетками. Вообще говоря, глиальные клетки играют важную роль в нейрональной сети, но это предмет для отдельного разговора.
Таким образом, совокупная синаптическая активность и несинаптическое высвобождение нейропередатчика приводят к тому, что концентрация нейропередатчика постоянно варьируется во внеклеточном пространстве. Возникают локальные флуктуации концентрации нейропередатчика, которые влияют на внесинаптические рецепторы и меняют свойства мембраны нейрональных компартментов. Эти изменения могут играть важную роль и определять механизмы обработки и хранения информации в мозге при неизменной эффективности отдельных синапсов. Давайте представим, что нет пластичности в синапсах, а есть только вот эти внеклеточные флуктуации нейропередатчика, которые активируют внесинаптические рецепторы и изменяют свойства нейрональной мембраны – проводимость, возбудимость, ионные градиенты.
Изменение биофизических свойств мембраны нейрона или его отдельных компартментов (сомы, ответвлений дендритов) при активации внесинаптических рецепторов диффузный нейропередатчик может изменять характеристики входящих синаптических токов (подавление, усиление, укорачивание, удлинение). Причем, эти изменения происходят благодаря свойствам мембраны нейронов, лежащей за пределами синапсов. Так, можно представить, что в условиях неизменной эффективности синаптической передачи, синаптические токи могут быть подавлены или усилены в зависимости от компартмента нейрона посредством внеклеточного нейропередатчика.
Если нейрональная обработка синаптического сигнала будет изменять свои параметры во времени, то этот процесс будет называться «нейрональной пластичностью». Такие изменения могут носить как кратковременный, так и долговременный характер.
Приведу конкретный пример. Внесинаптические рецепторы гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) способны поддерживать постоянный тонический ток. В нашей лаборатории удалось показать, что условия возникновения тонического тока различаются в различных типах нейронов. В возбуждающих нейронах при нормальных условиях ГАМКергический тонический ток отсутствовал, но регистрировался в тормозных. Мы предположили, что это связано с различием в локальной концентрации внеклеточной ГАМК. При эпилептических судорогах у животных этот тонический ток появлялся в обоих типах клеток. Это служит примером долговременного изменения нейрональной обработки сигнала и указывает на роль нейрональной пластичности в патологических состояниях мозга.
А.Г. То есть, это тоже структура, и достаточно устойчивая.
А.С. Если говорить о том, что тонический ток есть в одном типе клеток и отсутствует в другом, то можно провести аналогию с синаптической передачей. Есть активные синапсы, а есть «молчащие». Важно, что ситуация с «тонически молчащими» нейронами может изменяться, как мы это показали при эпилептической активности.
Таким образом, мы приходим к заключению, что в мозге, кроме синаптической нейропередачи, есть диффузная нейропередача, которая обеспечивает нейрональную обработку информации.
А.Г. В другой контур происходит передача информации.
А.С. Можно сказать и так. Существует одна нейрональная сеть, но два параллельных пути передачи информации: синаптический и внесинаптический. Они взаимодействуют между собой, что принципиально важно.
А.Г. Это принципиально важно, поскольку умножает количество вариантов передаваемых сигналов в геометрической прогрессии и делает систему, по сути дела, открытой.
А.С. В принципе, любая биологическая система открытая: будь то синаптическая, внесинаптическая или их комбинация. Важно то, что мы начинаем больше узнавать о мозге. Еще шесть лет назад я сам думал, что обработка информации в мозге происходит благодаря только синаптической передаче и пластичности.
Если мыслить более широко и представить, что синаптическая и диффузная нейропередачи не являются единственными двумя способами передачи информации и что нейроны могут передавать сигнал посредством электрического поля или других неизвестных еще путей, то наш мозг может оказаться намного более сложно устроенным. В связи с этим разумными кажутся не только научная разработка известных направлений, но и поиск новых механизмов работы мозга. Только в этом направление возможен прогресс в объяснении существования разума.
Помимо прочего существует практический аспект данного вопроса. Некоторые лекарства, как мы уже обсуждали, разрабатываются с применением подхода «мозг – черный ящик». Представим, что стал известен эффект этого препарата на синаптическую передачу. На самом деле, это вещество может…
А.Г. Одновременно может вызывать целый ряд изменений и внесинаптической системы…
А.С. Совершенно верно.
Например, известно, что некоторые препараты, которые используются как антиэпилептические, обладают нежелательными побочными эффектами. Мы обнаружили, что эффект таких лекарств на синаптическую передачу делает нейрональную сеть менее возбудимой, а их действие на диффузную нейропередачу оказывается совсем противоположным. Кроме того, дозы лекарств, которые не действуют на синаптическую передачу, назовем их «сверхмалыми», вполне могут оказывать эффект на более «чувствительные» внесинаптические рецепторы.
Важно отметить, что синаптическая и диффузная нейропередачи развиваются по-разному в постэмбриональном периоде. Это не только дает нам новый взгляд на развитие мозга, но и объясняет, почему действия лекарств могут различаться в разные периоды жизни.
А.Г. Скорость передачи информации в диффузной системе меньше, чем в синаптической…
А.С. В зависимости от того, что подразумевается под передачей информации.
А.Г. Сигнал.
А.С. В синапсе информация передается от точки к точке. Синапс соединяет между собой две клетки, и сигнал мгновенно передается от одной из них к другой. Диффузный сигнал может передаваться сразу нескольким клеткам, но ограничен скоростью диффузии. Как посчитать скорость передачи информации? Если мы поделим число клеток, на которые передался сигнал, на время передачи, то может получиться, что диффузная система более эффективна. С другой стороны, информация, переносимая в синаптической и диффузной нейропередаче, качественно отлична. Это два принципиально отличных пути передачи сигнала в мозге.
А.Г. А что входит в круг интересов вашей лаборатории в ближайшее время? Кроме выполнения практических задач по разработке лекарств.
А.С. Мы не занимаемся разработкой лекарств. Наша лаборатория проводит фундаментальные исследования. Есть еще много вопросов, которые предстоит решить на пути понимания механизмов обработки информации мозгом. Было бы интересно, используя парадигму различных систем передачи и обработки информации мозгом, помочь ученым переосмыслить и объяснить непонятные результаты, которые время от времени появляются и обычно кладутся в стол…
А.Г. Поскольку не соответствуют…
А.С. Потому что не укладываются в современную систему знаний и наводят на мысли о сверхъестественном. Если представленную сегодня парадигму суметь донести до ученых и подвести под нее достаточную экспериментальную базу, то это будет уже достижением, которое можно считать законченным.
А.Г. Что я могу сказать – удачи.
А.С. Спасибо.
Эктоны
Участник:
Геннадий Андреевич Месяц – академик, вице-президент РАН
Александр Гордон: …электротехнике уже больше 200 лет. Но что за процессы происходят в электрической дуге – это до сих пор вызывают споры. Наша передача называется «Эктоны и взрывная электронная эмиссия». Вам принадлежит честь открытия эктонов. Не могли бы вы, может быть, начать с этого. Что это такое, и каким образом это объясняет процессы, которые происходят в выключателе всякий раз, когда рука до него дотрагивается?
Геннадий Месяц: Да, действительно, электрическая дуга была открыта больше 200 лет назад. Ведутся споры, кто первый описал это явление. И действительно есть факты, доказывающие, что это сделал наш академик Петров в своей книге по описанию работы так называемого «вольтова столба». Но в серьезной физической литературе это впервые сделал Дэви.
На катоде образуется так называемое катодное пятно, у которого абсолютно необычное свойство. Например, из этого катодного пятна ионы движутся в обратную сторону, то есть положительные ионы двигаются в сторону анода, то есть в положительном направлении. Кроме того, скорости струй такие огромные – миллион сантиметров в секунду, – что дуга должна быть нагрета до миллиона градусов. Очень известный наш московский ученый, российский, покойный, к сожалению, профессор Кесаев в одной из своих книг написал, что, наверное, проще понять, что происходит на Солнце, чем то, что происходит в дуге.
