Ученые выяснили, что привычное строение нервных клеток, изображаемое в учебниках более 100 лет, в корне неверно: отростки нейронов оказались не гладкими трубками, а напоминают нити жемчуга. Команда исследователей из Медицинского центра Джонса Хопкинса установила, что эти крошечные утолщения способны менять форму в зависимости от активности мозга и помогают регулировать скорость прохождения электрических сигналов. Об этом сообщает портал ScienceDaily.
Исследователи под руководством нейробиолога Сигэки Ватанабэ использовали высокоскоростную заморозку тканей для электронной микроскопии. Этот метод позволил сохранить истинную форму клеток, в отличие от традиционной химической сушки, которая буквально превращала их в «изюм» из изначально круглых «виноградин». Изучив десятки тысяч снимков нейронов мышей, выращенных в лаборатории, а также клеток взрослых грызунов, ученые обнаружили наноразмерные вздутия, названные несинаптическими варикозностями. В отличие от ранее известных утолщений, появляющихся только при гибели нейрона, новые «жемчужины» оказались естественной частью здоровой клетки.
Как поясняет специалист по теоретической биофизике Падмини Рангамани из Калифорнийского университета в Сан-Диего, форма этих отростков подчиняется физическим свойствам мембран, а не задается жестким внутренним каркасом. Математическое моделирование показало, что механическое натяжение оболочки клетки формирует жемчужный узор. Эксперименты подтвердили догадку: при удалении холестерина мембрана становилась более текучей, узор менялся, а скорость передачи электрических импульсов заметно снижалась.
Ранее ученые считали аксоны — длинные отростки, передающие сигналы, — простыми кабелями с равномерным диаметром. Их неровности замечали и до этого открытия, но списывали исключительно на клеточные патологии, такие как болезнь Паркинсона. Однако авторы работы доказали, что жемчужная структура напрямую реагирует на работу мозга. После высокочастотной стимуляции утолщения увеличивались в длину на 8% и в ширину на 17%, сохраняя форму более получаса, что замедляло прохождение сигнала. Позже аналогичная структура была подтверждена в тканях человеческого мозга, полученных во время операций по лечению эпилепсии.
Открытие ставит под сомнение целый век представлений об анатомии нервной системы. Теперь исследователям предстоит выяснить, как именно эта динамичная структура влияет на обучение и память, чтобы научиться отличать нормальную работу мозга от признаков его разрушения.
Ранее американские ученые раскрыли секрет формирования мозга.