Поскольку речь зашла о синаптической передаче, давайте определим, какую она играет роль в нашем мозге. Итак, нейрон способен генерировать электрический потенциал действия, который, распространяясь по аксону, достигает пресинаптических терминалий. Терминали, или варикозные расширения, содержат везикулы, маленькие пузырьки с нейропередатчиком, который высвобождается в синаптическую щель. Синаптические рецепторы на соседней клетке активируются и приводят к генерации тока в этой клетке. Так нейроны могут передавать сигнал между собой. Таким образом, в данной системе существуют как минимум два типа передачи сигнала – электрический по клеточной мембране, и химический между клетками.

Примерно в конце 60-х годов был описан феномен долговременной потенциации синаптической передачи. Затем была открыта долговременная депрессия синаптической передачи. Ученые ликовали: «Поскольку мозг построен на основе синаптических связей между нейронами, то длительные изменения эффективности синаптической передачи должны являться механизмом обучения и памяти». Так возникла теория синаптической пластичности. Эта теория значительно усилила свои позиции со времени пионерских работ. До сих пор не ослабел поток работ, посвященных открытию новых рецепторов, ферментов, молекул-передатчиков, вовлекаемых в процессы синаптической пластичности. Однако уже более тридцати лет так и не удалось получить доказательства, что именно таким образом хранится память у нас в мозге. Вероятно, мозг организован гораздо сложнее, чем совокупность синапсов, и существуют другие, внесинаптические механизмы обработки информации.

Сейчас вы видите схему синапса. Нейропередатчик высвобождается из везикул, находящихся в варикозном расширении аксона, попадает в синаптическую щель и активирует постсинаптические рецепторы. Классическая схема нейропередачи. Традиционно считалось, что нейропередатчик высвобождается в синаптическую щель, активирует рецепторы и тут же захватывается назад в клетки. Но оказалось, что он может диффундировать и за пределы синаптической щели и активировать рецепторы, расположенные на внесинаптической мембране постсинаптической клетки или даже соседних клеток. Таким образом, если синапс передает сигнал от одного нейрона к другому…

А.Г. Идет утечка информации.

А.С. Можно сказать и так. На самом деле, диффузный нейропередатчик также играет важную роль в передаче информации. Давайте представим, что синапсы работают не в одиночку. В нейрональной сети всегда есть вероятность одновременной активации нескольких соседних синапсов. В таком случае нейропередатчик, покидающий синапсы, может существенно менять свою локальную внесинаптическую концентрацию. Другими словами, нейроны находятся не в вакууме, а пространство между ними заполнено различными веществами, в том числе нейропередатчиками. Эти нейропередатчики могут изменять различные свойства нейронов, их возбудимость, выходную функцию.

А.Г. И в зависимости от идущих сигналов концентрация нейропередатчика может повышаться или понижаться в общей средовой культуре?

А.С. В окрестностях синаптических терминалей концентрация внесинаптического нейропередатчика может меняться в зависимости от активности. Причем, источником нейропередатчика могут быть не только синапсы. Он может высвобождаться глиальными клетками. Вообще говоря, глиальные клетки играют важную роль в нейрональной сети, но это предмет для отдельного разговора.

Таким образом, совокупная синаптическая активность и несинаптическое высвобождение нейропередатчика приводят к тому, что концентрация нейропередатчика постоянно варьируется во внеклеточном пространстве. Возникают локальные флуктуации концентрации нейропередатчика, которые влияют на внесинаптические рецепторы и меняют свойства мембраны нейрональных компартментов. Эти изменения могут играть важную роль и определять механизмы обработки и хранения информации в мозге при неизменной эффективности отдельных синапсов. Давайте представим, что нет пластичности в синапсах, а есть только вот эти внеклеточные флуктуации нейропередатчика, которые активируют внесинаптические рецепторы и изменяют свойства нейрональной мембраны – проводимость, возбудимость, ионные градиенты.

Изменение биофизических свойств мембраны нейрона или его отдельных компартментов (сомы, ответвлений дендритов) при активации внесинаптических рецепторов диффузный нейропередатчик может изменять характеристики входящих синаптических токов (подавление, усиление, укорачивание, удлинение). Причем, эти изменения происходят благодаря свойствам мембраны нейронов, лежащей за пределами синапсов. Так, можно представить, что в условиях неизменной эффективности синаптической передачи, синаптические токи могут быть подавлены или усилены в зависимости от компартмента нейрона посредством внеклеточного нейропередатчика.

Если нейрональная обработка синаптического сигнала будет изменять свои параметры во времени, то этот процесс будет называться «нейрональной пластичностью». Такие изменения могут носить как кратковременный, так и долговременный характер.

Приведу конкретный пример. Внесинаптические рецепторы гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) способны поддерживать постоянный тонический ток. В нашей лаборатории удалось показать, что условия возникновения тонического тока различаются в различных типах нейронов. В возбуждающих нейронах при нормальных условиях ГАМКергический тонический ток отсутствовал, но регистрировался в тормозных. Мы предположили, что это связано с различием в локальной концентрации внеклеточной ГАМК. При эпилептических судорогах у животных этот тонический ток появлялся в обоих типах клеток. Это служит примером долговременного изменения нейрональной обработки сигнала и указывает на роль нейрональной пластичности в патологических состояниях мозга.

А.Г. То есть, это тоже структура, и достаточно устойчивая.

А.С. Если говорить о том, что тонический ток есть в одном типе клеток и отсутствует в другом, то можно провести аналогию с синаптической передачей. Есть активные синапсы, а есть «молчащие». Важно, что ситуация с «тонически молчащими» нейронами может изменяться, как мы это показали при эпилептической активности.

Таким образом, мы приходим к заключению, что в мозге, кроме синаптической нейропередачи, есть диффузная нейропередача, которая обеспечивает нейрональную обработку информации.

А.Г. В другой контур происходит передача информации.

А.С. Можно сказать и так. Существует одна нейрональная сеть, но два параллельных пути передачи информации: синаптический и внесинаптический. Они взаимодействуют между собой, что принципиально важно.

А.Г. Это принципиально важно, поскольку умножает количество вариантов передаваемых сигналов в геометрической прогрессии и делает систему, по сути дела, открытой.

А.С. В принципе, любая биологическая система открытая: будь то синаптическая, внесинаптическая или их комбинация. Важно то, что мы начинаем больше узнавать о мозге. Еще шесть лет назад я сам думал, что обработка информации в мозге происходит благодаря только синаптической передаче и пластичности.

Если мыслить более широко и представить, что синаптическая и диффузная нейропередачи не являются единственными двумя способами передачи информации и что нейроны могут передавать сигнал посредством электрического поля или других неизвестных еще путей, то наш мозг может оказаться намного более сложно устроенным. В связи с этим разумными кажутся не только научная разработка известных направлений, но и поиск новых механизмов работы мозга. Только в этом направление возможен прогресс в объяснении существования разума.

Помимо прочего существует практический аспект данного вопроса. Некоторые лекарства, как мы уже обсуждали, разрабатываются с применением подхода «мозг – черный ящик». Представим, что стал известен эффект этого препарата на синаптическую передачу. На самом деле, это вещество может…

А.Г. Одновременно может вызывать целый ряд изменений и внесинаптической системы…