ВизиЯ Наука и технологии Плотность ионных каналов в человеческом мозге: новые исследования

Человеческий мозг меньше, чем у других млекопитающих

Хотя многие животные обладают зачатками интеллекта, они все равно проигрывают людям. Но выяснить, почему мы более развиты, оказалось непросто; ум — слишком тонкая вещь, чтобы измерить его даже на самых чувствительных приборах.

Когнитивные способности человека

Больше того, многочисленные когнитивные исследования не обнаружили существенных различий между млекопитающими. Мозг у всех зверей работает примерно одинаково.

И все же лабораторные исследования, проведенные на базе Массачусетского технологического института, обнаружили, что в человеческом мозге гораздо меньше нейронных каналов, чем у других животных. А ведь эти каналы обеспечивают поток ионов, за счет чего функционирует весь организм — моторика, рефлексы, органы чувств и т.д.

Кроме того, этот поток создает электрические импульсы, которые позволяют нейронам общаться друг с другом; меньшее их количество может означать, что человеческий мозг использует другую «программу», направляя ресурсы на выполнение более сложных когнитивных операций за счет утраты некоторых физических качеств.

"Предыдущие сравнительные исследования показали, что человеческий мозг устроен так же, как мозг других млекопитающих, поэтому мы были удивлены, что человеческие нейроны особенные", - говорит нейробиолог Лу Болье-Ларош из Массачусетского технологического института.

Идея о перепрограммировании мозга возникла в 2018 году, когда Болье-Ларош и его коллега Марк Харнет сравнили мозг крысы с мозгом человека.

Одно из их открытий касалось дендритов - структур на кончиках нервных клеток, через которые в мозг поступают электрические импульсы. Дендриты генерируют то, что мы называем потенциалом действия, он передает сигнал дальше.

Сравнивая ткани мозга, исследователи обнаружили, что в дендритах человека плотность ионных каналов заметно ниже, чем в дендритах крысы. Это заслуживает дальнейшего изучения.

Новое исследование было расширено до 10 видов: землеройка, мышь, песчанка, крыса, хорек, морская свинка, кролик, мартышка, макака и, конечно, человек. Образцы тканей были взяты у пациентов, больных эпилепсией.

Когнитивные способности макаки

Анализ физической структуры образцов показал, что плотность ионных каналов увеличивается с ростом размера нейронов, за одним заметным исключением - человеческий мозг.

Оказалось, что плотность ионных каналов соответствует размерам мозга: хотя у землеройки больше нейронов, чем у кролика или макаки, плотность ионных каналов неизменна.

"Кора головного мозга пытается сохранить количество ионных каналов на единицу объема одинаковым у всех видов. Это означает, что для данного объема коры энергетические затраты одинаковы, по крайней мере, для ионных каналов"- объясняет Харнетт.

Исключительно низкая плотность ионных каналов в человеческом мозге бросается в глаза, если сравнивать его со всеми другими образцами.

Конечно, все испытуемые животные были значительно меньше человека, поэтому, возможно, стоит протестировать образцы еще более крупных животных. Однако мозг макаки часто используется в исследованиях в качестве модели человеческого мозга.

Ученые подозревают, что для человека возможен эволюционный компромисс - когда биологическая система теряет или уменьшает какой-либо признак ради оптимизации всей рефлекторно-когнитивной системы.

Например, для прокачки ионов через дендриты требуется энергия. Уменьшив плотность ионных каналов, человеческий мозг, возможно, направляет сэкономленную энергию в другое русло - в более сложные синаптические связи или более быстрые потенциалы действия.

"Если мозг может экономить энергию за счет снижения плотности ионных каналов, он способен потратить ее на другие процессы в нейронах или цепях", - поясняет Харнетт.

"Мы думаем, что люди эволюционировали из этого строительного плана, который ранее ограничивал размер коры головного мозга, и они нашли способ стать более энергетически эффективными, чтобы тратить меньше энергетических молекул по сравнению с другими видами".

Данное открытие прокладывает интригующий путь для последующих экспериментов. Нейробиологи надеется изучить эволюционное давление клеток человеческого мозга. Пока неясно, куда именно уходит дополнительная энергия мозга.