Синапс – место контакта меж 2-мя нейронами либо меж нейроном и обыкновенной клеточкой. Он не просто служит проводником для импульсов, но регулирует амплитуду и частоту передаваемого сигнала – это "устройство" можно именовать небольшим биологическим транзистором (иллюстрация Scientific American/Sebastian Kaulitzki).
Чтоб продвинуться в исследовании этого вопроса, английские нейробиологи длительно и тщательно изучали одноклеточных, мух, мышей и, само собой, добровольцев вида Человек разумный.
Труды их оказались не напрасны: сейчас можно не боясь утверждать, что на появление ума воздействовало не столько количество сероватого вещества, сколько качество системы передачи данных меж нейронами.
Обмен импульсами (другими словами управление всей деятельностью живых организмов) осуществляется средством синапсов – биохимических комплексов, отвечающих в главном за контакт меж аксоном и дендритом.
Учёные считают, что конкретно усложнение этих контактов содействовало появлению более продвинутых моделей поведения у млекопитающих, а потом – и у человека.
Упрощённый механизм передачи сигнала смотрится так: из синаптических пузырьков аксона освобождается нейротрансмиттер, который выходит в синаптическую щель и, после определённой реакции, соединяется с молекулярными сенсорами дендрита. В итоге индукции и появляется нервный импульс (иллюстрация с веб-сайта wikipedia.org).
В процессе многоступенчатого исследования удалось узнать, что развитие нервных соединений – альфа и омега умственной революции: поначалу появились строй кирпичики нужной трудности, а позже на их базе стало вероятным строительство величавого строения мозга.
Результаты этой работы размещены в журнальчике Nature Neuroscience.
До сего времени властвовала точка зрения, согласно которой синапсы практически у всех животных устроены похожим образом, а разница в мыслительном потенциале появляется только вследствие большего либо наименьшего их количества. Это кроме относительного объёма черепной коробки, очевидно.
"Мы всегда упрощённо задумывались, что чем больше нейронов, тем круче мозг, но наша последняя работа это опровергает, – гласит доктор Сет Грант (Seth Grant), управляющий исследования и по совместительству глава программки Genes to Cognition. – Никто до сего времени не направлял внимания на молекулярный состав нейронных контактов".
Известны по последней мере два проводящих механизма в синапсе: конкретно через синаптическую щель средством поляризации мембраны и передача при высочайшем содержании ионов кальция. 2-ой механизм, предположительно, резвее первого (иллюстрация с веб-сайта wmneurosurgery.org).
Английские учёные нашли значительные различия в числе и трудности белков, определяющих нрав передачи импульсов. В синапсах млекопитающих было найдено около 600 разных типов белков, у беспозвоночных – приблизительно 300.
Но это ещё не всё. У дрожжевых микробов было зафиксировано около 150 типов белков – а ведь у их вообщем нет мозга. Зато синаптические связи помогают одноклеточным интерпретировать наружные сигналы – изменение температуры, к примеру.
По воззрению доктора Гранта, обнаруженные у микробов контакты – потомки старого "протосинапса", который обеспечивал формирование первых моделей поведения. Другими словами конкретно таким макаром в первый раз появилась способность реагировать на окружающую реальность и производить подобающую стратегию.
В предстоящем число вероятных композиций ответных реакций росло – поначалу у беспозвоночных, а позже и у позвоночных. Венцом творения в этом случае, естественно, выступает человек. Может быть, что развитие синаптических связей в конечном итоге и привело к возникновению логики.
Доктор Грант считает, что количество и сложность протеинов в синапсе росли взрывообразно. В первый раз это вышло около трёх млрд годов назад, когда появились многоклеточные. 2-ая волна – возникновение позвоночных около 500 миллионов годов назад (иллюстрации с веб-сайтов fireflyforest.net, eb.com/MEMBRANA).
Уже в процессе первого шага исследования учёным в первый раз удалось выделить нейронные белки из мозга мух, что позволило оценить механизм передачи данных у беспозвоночных и сопоставить его с известными данными по животным.
Предстоящее исследование поведенческих моделей и соответственных наследных мутаций у животных подтвердило начальные оценки: эволюция "передаточных" протеинов связана с усложнением моделей сознания – прямо до появления высшей нервной деятельности.
К примеру, один из локализованных генов – SAP102 – "позволял" подопытным мышам верно ориентироваться в лабиринте. Дело в том, что при его перекрытии перестают вырабатываться нужные для прохождения нервных импульсов белки (причём только определённых типов), и в данном случае мышки просто не могут отыскать дорогу. Мутации данного гена у человека, отметим, приводят к интеллектуальной неполноценности.
Таким макаром, удалось связать несколько выделенных ранее генов с когнитивными возможностями животных и людей – это по-настоящему серьёзное достижение.
Другой увлекательный итог исследования синапсов – установление связи меж интенсивностью передачи импульса и памятью. У синапса существует так именуемая долгая потенциация (LTP), когда поддерживается долгий контакт, и длительная депрессия (LTD), когда он блокируется. Большая часть теоретиков нейрофизиологии считает, что эти два механизма лежат в базе клеточных устройств памяти и обучения (иллюстрация Discovery, Genes to Cognition/Sanger Institute).
Не исключено, что конкретно усложнение протеинов – ключ к осознанию мыслительных возможностей. Создатели работы считают, что таковой "апдейт" явился предпосылкой выделения специализированных отделов в мозге, что, в свою очередь, сформировало предпосылки для появления высшей нервной деятельности.
"Скоро мы сможем выстроить ординарную модель появления сознания и поведения, общую для всех имеющихся видов", — гласит доктор Грант. По его воззрению, мы находимся "в одном шаге" от того, чтоб ответить на воистину философский вопрос: что есть идея и что есть людская логика.
А другой участник проекта, доктор Ричард Эмес (Richard Emes) из института Киля (Keele University), считает, что, по последней мере, начал вырисовываться эволюционный путь сознания: "Это великолепно, как природа способом проб и ошибок соединила надлежащие белки в примитивную сенсорную систему поначалу у простых, а позже мы дошли до более сложных синаптических связей у млекопитающих, которые позволяют не только лишь реагировать на мир вокруг нас, да и рассматривать его".
Кстати, не так давно учёные узнали, что при передаче импульсов меж 2-мя нейронами часть данных может "перебрасываться" на примыкающие синапсы – для роста пропускной возможности (иллюстрация с веб-сайта georgiapainphysicians.com/MEMBRANA).
В общем, на данном шаге схема развития сознания представляется последующим образом: рост трудности молекулярных комплексов – возникновение "огромных" синапсов – повышение объёма мозга. По последней мере, если опираться на результаты нового исследования.
Кстати, создатели работы ассоциируют эволюцию синапса с повышением вычислительной мощности микропроцессоров. Любопытно, человек – это уже достигнутый потолок роста производительности, либо вероятны и поболее совершенные сотворения?
Достигнули ли мы собственного квантового потолка?
