Деякі нейрони сортують вхідні сигнали, реагуючи на них повністю або частково.
Коли ми чуємо про смердючі або, скажімо, зорові нейрони, то розуміємо, що мова йде про нервові клітини, які сприймають нюх або зоровий сигнал відповідним рецептором і передають його в мозок. Однак серед нейронів можна знайти багато прикладів клітин- «багатостаночників». Наприклад, у мишей є нейрони, які реагують одночасно на температуру і на дуже сильне механічне роздратування; а у дрозофіл є нейрони, які працюють одночасно з зоровими, больовими, температурними і пропріоцептивними сигналами. (Пропріоцепція - почуття тіла, розташування його в просторі і різних частин тіла один відносно одного.)
Дослідники з Медичного інституту Говарда Хьюза, Технологічного інституту Джорджії та інших наукових центрів вирішив з'ясувати, як нейрони справляються з такою багатозадачністю на прикладі схожих нервових клітин у круглого хробака Caenorhabditis elegans. У нього через все тіло протягнуті два нейрони, які, по-перше, допомагають відчувати положення тіла (тобто працюють з пропріоцептивними сигналами), по-друге, реагують на холод, по-третє, реагують на грубі дотики. І пропріоцептивне почуття, і грубий дотик відносяться до одного і того ж роду сигналу - механічного. Як же можна розрізнити два механічні сигнали?
Щоб нейрон відчув щось - наприклад, механічний тиск - у клітинній мембрані повинен сидіти спеціальний білок, який відкриє іонам шлях через мембрану, іони перегрупуються між зовнішньою і внутрішньою стороною мембрани і в результаті по нейрону побіжить електрохімічний імпульс. У двох багатозадачних нейронів хробака C. elegans вдалося знайти відразу кілька таких білків. З них троє відкривали іонні канали у відповідь на механічний тиск, що відповідає відчуттю тіла в просторі, а один відкривав іонний канал теж у відповідь на механічний тиск, тільки дуже грубий - коли цей мембранний білок стимулювали, хробак намагався швидше куди-небудь розповзти, сховатися втечею від небезпеки.
Але різні рецептори для різних стимулів - ще не все. У всякого нейрона, як відомо, є відростки-дендрити, через які клітина збирає сигнали від інших клітин або від рецепторів, і відросток-аксон, який передає сигнал іншим клітинам. Багатозадачні нейрони біля черв'яка передають сигнал через свій аксон одній-єдиній клітці-прийомнику. Виникає питання, як багатозадачний нейрон поділяє різнорідні сигнали.
У статті Developmental Cell говориться, що вся справа тут в тому, як клітина реагує на той чи інший вплив. Якщо сигнал свідчить про грубий дотик, то можна бачити, як іони перегруповуються по всій клітці: спочатку в дендритах, які першими приймають сигнал, потім в тілі клітини, і потім - в аксонному відростку. Від аксона сигнал через міжнейронне з'єднання-синапс переходить на інший нейрон, і далі цей сигнал змушує хробака турбуватися.
Але якщо мова йде про сигнали, які говорять про те, що черв'як просто рухається, то тут механічне роздратування не тільки діє на інші іонні канали - такі сигнали, виявляється, не йдуть за межі відростків-дендритів. Тобто виходить, що на нормальне пропріоцептивне роздратування нейрон реагує не повністю: сигнал не переходить з дендритів на тіло і далі на аксон. Але самі дендрити при цьому виділяють з себе нейропептид NLP-12, який якось діє на навколишні клітини і завдяки якому хробак якось відчуває себе в просторі.
Відповідно, якщо роз'єднати синапс між багатозадачним нейроном і тією кліткою, яка приймає від нього сигнал, то хробак перестане тікати від різкого роздратування, але продовжить «осмислено» повзати - його почуття тіла залишиться ненарушеним. Якщо ж заборонити дендритам виділяти нейропептид NLP-12, то хробак буде добре відчувати різке роздратування, але просто повзати йому стане дуже важко - він перестане розуміти, як він співвідноситься з навколишнім простором.
Можливо, інші багатозадачні нейрони вирішують проблему з багатозадачністю іншими способами. Тим не менш, на прикладі C. elegans видно, що нервові клітини в принципі можуть передавати сигнали, збуджуючись лише частково, і що така передача сигналу обходиться без звичайної синаптичної сполуки - достатньо хімічних сигналів, що виділяються відростками-дендритами. І це, звичайно, розширює наше уявлення про те, як можуть працювати нейрони і, очевидно, вся нервова система в цілому.
До речі, про деякі особливості дендритів, які не вкладаються у звичні уявлення, ми вже якось писали: по-перше, в мозку можна знайти нейрони, у яких передавальний відросток аксон виходить безпосередньо з приймаючого дендрита - сигнал тут проходить експрес-маршрутом, минаючи тіло клітини. По-друге, дендрити, як виявилося, досить самостійні і можуть регулювати початкові умови імпульсу, обробляючи інформацію в змішаному аналого-цифровому режимі.
За матеріалами The Scientist.