Нейроны человека не проявили закономерности к нейронам млекопитающих

Так, с увеличением размеров нейронов увеличивается количество потенциал зависимых ионных каналов в их мембране, что позволяет поддерживать постоянную мембранную ионную проводимость на единицу объема мозга у разных видов. Впрочем, человеческий мозг оказался исключением из правила, поскольку на единицу объема мозга в нем наблюдается существенно меньшая плотность ионных каналов, говорится в статье журнала Nature. Связи между нейронами, синапсами, зачастую формируются с участием дендритов. Это разветвленные отростки нейронов, через которые к ним поступает информация от других клеток. У млекопитающих нейроны благодаря дендритам имеют связи с тысячами других клеток. Коммуникация их происходит частично благодаря наличию ионных каналов в мембране клеток, поток ионов натрия, калия и кальция через которые происходят короткие электрические импульсы, потенциалы действия, способные передаваться в соседние нейроны. Считалось, что архитектура мозга млекопитающих подобная, то есть их нейроны работают похожим образом, но исследования 2018 указало, что человеческий мозг особенный. Тогда ученые из Массачусетского технологического института выяснили, что дендриты людей и крыс работают несколько по-разному, например, имеют меньшую плотность ионных каналов. В новом исследовании авторы провели масштабное сравнительное исследование, чтобы понять, действительно ли можно считать человеческий мозг уникальным среди животных.

Ученые сравнили нейроны различных видов млекопитающих, отличающихся размерами тела, а соответственно и размерами мозга, и нейронов. Выборку составляли мозговые клетки десяти видов: карликовая многозубка (Suncus etruscus), которая является наименьшим по весу млекопитающим, песчанки (Meriones unguiculatus), мыши (Mus musculus), крысы (Rattus norvegicus), морской свинки (Cavia porcellus), хорёк (Mustela putorius furo), кролик (Oryctolagus cuniculus), игрунки (Callithrix jacchus), макаки (Macaca mulatta) и человек (Homo sapiens). Человеческие нейроны получили из тканей, которые изъяли у пациентов с эпилепсией во время операции на мозг.

Как и в предыдущем исследовании, на этот раз авторы изучали пирамидальные нейроны, характеризующихся сильным разветвлением дендритов и их легко идентифицировать, с V слоя коры головного мозга. Ученые сосредоточились на потенциал зависимых калиевых каналах и HCN-каналах.

Ученые действительно заметили закономерность. Так, с увеличением объема мозга и нейронов возрастает плотность ионных каналов в их мембранах. К примеру, крошечный мозг многозубки имеет много маленьких нейронов, плотность ионных каналов в которых невелика. Зато у кролика нейроны имеют больший размер, их количество в единице объема меньше, чем у многозубки, но это компенсируется большей плотностью ионных каналов. Подобная тенденция проявилась и у других видов животных. Таким образом поддерживается, оптимальное для работы мозга количество ионных каналов на единицу объема мозга. Это называется энергосберегающим приспособлением, так как большее количество ионных каналов требовала бы большего количества энергии для их функционирования. А так энергозатраты на поддержание работы мозга (по крайней мере по работе ионных каналов) всех этих видов млекопитающих одинаковые на единицу объема.

Но человеческий мозг единственный из десяти исследованных видов не вписался в закономерность. Плотность ионных каналов в крупных нейронах человека оказалась существенно меньше на единицу объема коры, а не больше. Ученые предполагают, что такая особенность могла обеспечить лучшую эффективность человеческого мозга. Если он имеет меньшую плотность ионных каналов, то на их поддержание на единицу объема расходуется меньшее количество энергии, чем у других видов, которую можно сэкономить на другие процессы. Например, на построение большего количества и качества синапсов или сильных потенциалов действия.

Далее ученые стремятся провести опыты с мозговыми тканями других, больших и близких к нам эволюционно приматов. Возможно, такое приспособление появилось первым не у людей, а еще раньше в эволюционной истории. Дополнительно они хотели бы выяснить, есть ли специфическая мутация, позволившая сэкономить энергию в мозге, а не ухудшить его функциональность

Перевод материала nauka.ua