Новое исследование на мышах из Нидерландского института нейронауки (NIN) показывает, что нейроны создают «мини-компьютеры» в очень раннем возрасте, чтобы сделать мозг вычислительно мощным. Исследование опубликовано в журнале eLife .

Создание функционального мозга требует, чтобы нейронные цепи были связаны с высокой специфичностью . Ключевыми игроками в этой системе являются разветвленные расширения нейронов, называемые дендритами, которые обрабатывают и интегрируют информацию, которую они получают от других нейронов.

Ранее специалисты по вычислительной нейробиологии предположили, что дендриты могут вычислять информацию локально во многих отдельных сегментах внутри одной клетки. Такие «вычислительные субъединицы» или «мини-компьютеры» значительно увеличивают вычислительную мощность нейрона. Однако то, как нейроны связывают эти мини-компьютеры внутри живого мозга во время развития, до сих пор неизвестно.

Но что, если бы мы могли наблюдать развитие этих субъединиц в реальной жизни? В новом исследовании группы Кристиана Лохмана ученые изучили вычислительные субъединицы в неповрежденном развивающемся мозге молодых мышей. Они действительно обнаружили, что точки связи в дендритах, или синапсах , сгруппированы в соответствии с информацией, которую они передают. Другими словами, соседние синапсы, которые передают схожую информацию, группируются вместе в дендритных доменах.

Инфографика дендритных доменов. Кредит: Нидерландский институт нейронауки — Элин Фенстра

Живые записи
Кристиан Ломанн говорит: «Мы сделали это открытие, записывая покадровые видео с дендритов отдельных нейронов в коре живых мышей. Интересно, что эта сортировка происходит еще до того, как мыши открывают глаза, то есть до того, как они получают визуальную информацию . Здесь мы демонстрируем, что соседние синапсы часто коактивны. Когда синапсы находятся дальше друг от друга, они менее коактивны. Кажется, что эта спонтанная активность (активность, которую мозг генерирует до открытия глаз) достаточна для сортировки синапсов в домены и, таким образом, вероятно, для установления вычислительных субъединиц.

Но почему это важно? Эта работа может потенциально объяснить, почему определенные ошибки в развитии могут вызывать нарушения нейроразвития . «Чтобы исследовать это глубже, мы хотели бы рассмотреть мышиные модели нарушений нейроразвития, чтобы увидеть, отсутствует ли сортировка синапсов или изменена. Это подтвердило бы идею о том, что успешная сортировка синапсов вдоль дендритов необходима для развития здорового мозга», — говорит Ломанн.

Ответы на этот вопрос помогут нам лучше понять, как развивается наш мозг и как ошибки в развитии могут поставить под угрозу вычислительную мощность мозга. Они также потенциально могут дать новые идеи для проектирования биологически вдохновленных искусственных нейронных сетей для высокоуровневой обработки информации. Ломанн заключает: «Для меня самое захватывающее — это то, как конкретно связаны нейроны и как рано это возможно, даже не зная ничего о внешнем мире. Удивительно, как мозг может это делать».