Исследователи из Университета МакГилла показали, что клеточные структуры мозга, как считалось, связанные с патологиями, на самом деле улучшают способности клетки передавать информацию и коррелируют с быстрым научением определенным задачам.
В статье, опубликованной в Nature Communications, команда исследователей изучала аксональные утолщения (axon swelling), которые возникают в клетках Пуркинье в мозжечке. Результаты оказались совершенно неожиданными. Исследователи обнаружили, что аксоны с утолщениями передают электрический сигнал лучше, чем аксоны без них.
Аксональные утолщения встречаются в нейронах и в больных, и в здоровых организмах, но при нейродегенеративных заболеваниях их сравнительно больше. Из-за этого нейробиологи считали, что они негативно сказываются на функциях аксона. Однако, несмотря на то, что вычислительные модели подтверждали эту гипотезу, исследователи из Университета МакГилла впервые решили провести исследования на самих нервных клетках.
«Когда получаешь такие результаты, то обычно чешешь голову и думаешь — надо проверить ещё раз, — сказал старший автор статьи Аланна Уатт, доцент факультета биологии. — Когда мы начинали работу, то действительно думали, что мы будем изучать ошибки при передаче сигнала. Но увидели мы совершенно другое».
Используя технически сложные двухфотонную микроскопию и электрофизиологические измерения, учёные пытались зафиксировать электрическую активность в двух разных точках одной клетки одновременно. Таким образом, они обнаружили, что наличие утолщений в аксонах клетока Пуркинье у мышей не влияет на скорость, с которой аксоны передают сигналы. Что интересно, в клетках, где есть утолщения, сигнал, наоборот, реже прерывался.
Учёные из университета МакГилла также обнаружили, что могут стимулировать образование аксональных утолщений с помощью введения вещества, блокирующего передачу сигнала, в кальциевые каналы. Видя, как в течение всего нескольких часов в аксоне формируется утолщения, учёные подвергают сомнению предположение о связи опухолей с нейродегенеративными заболеваниями. Как объясняет Уатт, возможно опухоли являются механизмом самовосстановления, а не симптомом заболевания.
«Передача информации — важнейшая функция аксона, — говорит она. — И если он не справляется, то логично, что должен быть механизм, который пытается такую ситуацию предотвратить».
В дополнение к исследованию на клеточном уровне, учёные хотят проверить, влияют ли аксональные утолщения на работу мозга в целом. В эксперименте использовались три теста, которые определяют моторные способности и координацию, за которые в основном и ответственен мозжечок.
Учитывая индивидуальные различия, результаты показали положительную корреляцию между избытком утолщений и улучшением моторных способностей.
«Мы думаем, что эта связь непрямая, — объясняет Уатт. — Обучение, вероятно, происходит где-то в другом месте, но информация передается более надежно, и поэтому мы видим улучшение».
Текст: Мария Глушанина