Деякі нейрони людського мозку реагують на вхідний імпульс тим слабкіше, чим сильніше на них дієш.
Нейрон складається з тіла (або соми) і відростків - аксона і декількох дендритів. Аксон - відросток передавальний, через нього імпульс йде від тіла клітини до іншого нейрона. Дендрити - відростки приймаючі, вони збирають імпульси від інших нейронів і передають тілу (хоча насправді деякі дендрити проводять сигнал у двох напрямках, до тіла і від тіла нейрона). Причому один-єдиний дендрит приймає сигнали від безлічі нейронів, від сотень до тисяч.
У місці контакту між клітиною-передавачем і кліткою-приймачем формується синапс - особлива структура якраз для передачі електричного імпульсу. Коли до синапсу підходить імпульс, нейрон-передавач випускає з себе нейромедіатор, нейрон-прийомник цей нейромедіатор ловить. Молекули нейромедіатора впливають не роботу іонних каналів і насосів у клітинній мембрані, так що в результаті іони перегруповуються по обидва боки мембрани.
Якщо таке перегрупування виявилося досить масштабним, якщо електричне напруження змінилося досить сильно, виникає потенціал дії - то і в сусідній ділянці мембрани іони теж починають переміщатися в нейрон і з нейрона, і цей процес поширюється по всьому приймаючому дендриту до тіла нейрона і далі, по аксону до наступної нервової клітки.
Кожен дендрит, як було сказано, збирає сигнали від безлічі нейронів, але сигнали не обов'язково настільки сильні, щоб запустити потенціал дії в приймаючому дендріті. Крім того, є сигнали збуджуючі, а є гальмуючі, коли передавальний нейрон змушує приймаючий заспокоїтися. Вважається, що дендрит просто підсумовує сигнали, і коли збудження переважає над гальмуванням і перевершує якесь порогове значення, в приймаючому дендріті виникає свій сигнал.
Але картина насправді може бути набагато складнішою. Дослідники з берлінського Університету Гумбольдта та інших наукових центрів Німеччини і Греції експериментували з нейронами одного з шарів кори людського мозку. Нейрони, витягнуті з мозку, довго не живуть, і частіше нейробіологи працюють з нейронами гризунів, оскільки їх простіше дістати.
Цього разу клітини брали у пацієнтів, яким робили операцію на мозку через епілепсію; у нейрон у різних його місцях вводили іони і спостерігали, як змінюється його електрична активність. Потенціал дії у нейрона може спровокувати перегрупування іонів натрію, і тоді сигнал буде дуже коротким, близько мілісекунди; або ж потенціал дії може виникнути завдяки іонам кальцію, і тоді сигнал виявиться більш довгим, в 50-100 разів довше натрієвого - так, у всякому разі, відбувається в нейронах мозку гризунів.
Але, як говориться в статті в Science, у нейронів одного з шарів кори людського мозку сигнал поводився як щось середнє між натрієвим і кальцієвим. Дослідники змінювали концентрацію кальцію, але імпульси були «по-натрієвому» короткі і йшли серією, притому іони натрію ніякої ролі тут не грали. Більше того, властивості нейронів виявилися такими, що найбільша амплітуда сигналу була в тому випадку, якщо прийнятий сигнал тільки-тільки долав порогове значення; якщо ж на нейрон діяли сильнішим стимулом, то амплітуда його власного імпульсу починала падати.
Це відрізняється від звичайного уявлення, що нейрони відповідають на вхідні імпульси за принципом «все або нічого» (тобто що нейрон або спрацьовує, або ні, залежно від того, чи перевищив сигнал «на вході» порогове значення), і дає можливість аналізувати вхідні імпульси на рівні дендриту. Отже, «обчислювальною» одиницею буде вже не група нейрон, а один нейрон.
Можливо, ці нові імпульси і супутні їм обчислювальні здібності є властивістю клітин тільки людського мозку і тільки одного шару кори. З іншого боку, можливо, що такі нейрони є і у тварин, просто досі їх не помічали. Також потрібно врахувати, що поведінку цих нейронів у мозку моделювали комп'ютерними методами на основі тих даних, які вдалося отримати в дослідах з окремими клітинами - щоб перевірити, чи відповідає модель справжньому мозку людини, потрібні інші дослідження.
Це не перша робота, в якій говориться, що нейронні відростки володіють певною самостійністю і можуть обробляти інформацію. Ми якось писали, що запам'ятовування інформації залежить від того, чи збігається активність тіла клітини і її дендритів, і що дендрити нейронів виявляються в кілька разів більш активними, ніж їх тіла, і така додаткова активність залежить від параметрів мембрани, які змінюються в досить широких межах. Все це додає мозку можливостей у кодуванні інформації, а нас змушує інакше поглянути на значення окремих нейронів.