Мозг оказался умнее, чем мы думали: найдены новые пути передачи информации

Нейробиологи снова удивили научный мир — на этот раз открытием, которое может изменить представление о том, как именно общаются между собой клетки мозга. Более века ученые считали, что нейроны передают сигналы исключительно через синапсы — микроскопические контакты, по которым электрический импульс скачет от одной клетки к другой. Но новое исследование, опубликованное в журнале Science, показывает: у мозга есть ещё один путь связи — через крошечные трубчатые каналы, способные обходить синапсы.

Что нашли учёные

Исследователи использовали изображения мозга мышей и человека сверхвысокого разрешения и заметили сеть тончайших структур, длиной около трёх микрометров и толщиной всего несколько сотен нанометров. Эти каналы соединяли нейроны напрямую, образуя своеобразные мостики между ними.

Команда наблюдала, что через эти трубки проходят не только электрические импульсы, но и белки — в том числе бета-амилоид, связанный с болезнью Альцгеймера. Это стало первым подтверждением того, что нейроны могут общаться напрямую, без участия синапсов.

"Мы уже много лет изучаем мозг, и время от времени нас преподносят сюрпризы", — сказал нейробиолог и почётный профессор Университета Эмори Лари Уокер.

Учёные назвали эти структуры дендритными нанотрубками (DNT), поскольку они соединяют дендриты — ветвящиеся отростки нейронов, отвечающие за приём сигналов.

Чем DNT отличаются от обычных синапсов

Чтобы понять значение открытия, важно вспомнить, как работает классическая нейронная сеть. Синапсы действуют как переключатели: один нейрон посылает химический сигнал, другой его принимает. Этот процесс требует энергии, времени и сложного обмена веществ.

Дендритные нанотрубки, напротив, обеспечивают мгновенный электрический контакт между клетками. Они не нуждаются в химических посредниках и, по сути, создают замкнутую систему, способную обходить стандартный механизм передачи информации.

Как проходило исследование

Группа под руководством нейробиолога Хёнбэ Квона из Университета Джонса Хопкинса использовала электронную микроскопию сверхвысокого разрешения. Этот метод позволяет рассматривать структуры, которые невозможно увидеть обычным оптическим оборудованием.

Затем учёные применили алгоритмы машинного обучения, чтобы отличить DNT от других элементов нейронов. Программа анализировала десятки тысяч изображений и выделяла закономерности, подтверждающие уникальность трубок.

Для проверки гипотезы исследователи наблюдали за живыми нейронами в чашках Петри. Они отмечали, как трубки формируются, исчезают, и как по ним перемещаются ионы кальция и белковые молекулы.

Когда в один нейрон вводили повышенную дозу кальция, соседние клетки показывали тот же всплеск — признак электрической проводимости. А при добавлении вещества цитохалазин D, блокирующего образование нанотрубок, связь прекращалась.

Почему это важно

Наличие DNT может объяснить многие загадки, с которыми сталкиваются нейробиологи. Например, почему некоторые участки мозга реагируют синхронно, хотя между ними нет видимых синапсов.

Кроме того, эти трубки, вероятно, участвуют в распространении патологических белков. Когда исследователи ввели человеческий бета-амилоид в один нейрон мыши, он вскоре оказался в соседней клетке. После обработки цитохалазином D перенос прекратился.

Это позволило предположить, что DNT могут способствовать накоплению бета-амилоида - раннему признаку болезни Альцгеймера.

"Самое интересное в этом то, что это очень прямая [форма] клеточной коммуникации", — отметил нейробиолог из Люксембургского университета Майкл Хенека.

Советы шаг за шагом: как учёные подтверждают открытия

1. Наблюдение. Фиксация необычной структуры или поведения клеток.

2. Повтор эксперимента. Проверка результатов на разных образцах — в данном случае на тканях человека и мыши.

3. Инструментальная проверка. Использование методов визуализации с разным разрешением.

4. Биохимический тест. Введение веществ, способных блокировать или усиливать процесс.

5. Моделирование. Создание компьютерной модели для проверки теоретической правдоподобности.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: считать, что в мозге вся коммуникация идёт исключительно через синапсы.
  Последствие: упрощённые модели мозга, ограничивающие понимание болезней.
  Альтернатива: включение DNT в нейронные схемы и использование их в моделях искусственного интеллекта.

• Ошибка: игнорировать внутриклеточные пути передачи белков.
  Последствие: недооценка скорости распространения нейродегенеративных процессов.
  Альтернатива: разработка лекарств, блокирующих транспорт по нанотрубкам.

А что если…

Если подтвердится, что DNT активно участвуют в обмене информацией, это может перевернуть представление о мозговых сетях. Возможно, именно такие структуры обеспечивают мгновенную реакцию на внешние раздражители или интуитивные решения.

Не исключено, что аналогичные трубки есть и в других органах, где важна быстрая реакция — например, в сердце или сетчатке глаза.

Плюсы и минусы открытия

FAQ

Как именно DNT передают сигналы?
Они проводят электрический заряд ионы кальция и других частиц, минуя химические посредники, что ускоряет коммуникацию между клетками.

Можно ли наблюдать DNT в живом мозге человека?
Пока нет — это слишком тонкие структуры. Учёные используют косвенные методы, такие как микроскопия тканей и моделирование.

Поможет ли это открытие в лечении болезни Альцгеймера?
Возможно. Если удастся блокировать перенос токсичных белков по DNT, можно замедлить развитие заболевания.

Мифы и правда

Миф: нейроны общаются только через синапсы.
Правда: теперь известно, что существуют и другие пути связи, включая нанотрубки.

Миф: DNT — просто лабораторный артефакт.
Правда: их обнаружили и в мозге живых мышей, и на изображениях тканей человека.

Миф: такие структуры опасны.
Правда: сами по себе DNT — часть естественной физиологии, но их избыток может усугублять болезни.

Исторический контекст

Ещё в 2004 году немецкие исследователи заметили, что клетки почек крыс образуют спонтанные каналы, через которые передают органеллы. Позже подобные "туннелирующие нанотрубки" (TNT) нашли в тканях разных органов, включая иммунную систему. Но доказать их наличие между нейронами долго не удавалось — мешала плотная структура дендритов.

Теперь, спустя два десятилетия, найдено подтверждение: мозг млекопитающих тоже способен формировать такие связи.