Новый язык мозга: нейроны оказались связаны физическими туннелями

Мозг человека, как выяснилось, может быть куда сложнее, чем мы привыкли думать. Учёные обнаружили совершенно новый способ, с помощью которого нейроны общаются между собой — тонкие мостики, соединяющие их ветви. Это открытие переворачивает привычное представление о работе мозга и даёт надежду лучше понять, как развиваются неврологические заболевания, включая болезнь Альцгеймера.

Как учёные нашли "мостики" между нейронами

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса (США) провели серию экспериментов, наблюдая за тканями мозга мышей и человека с помощью микроскопии сверхвысокого разрешения и технологий машинного обучения. Именно так они впервые увидели крошечные структуры — дендритные нанотрубки, которые соединяют ветви нейронов напрямую, минуя привычные синапсы.

Синапсы — это "контактные точки", через которые нервные клетки передают химические сигналы. Они известны уже более века. Но теперь выясняется, что в мозге может существовать параллельная система связи, обеспечивающая прямой физический обмен веществами.

Эти нанотрубки действуют как своеобразные "туннели", по которым клетки обмениваются ионами, белками и даже токсичными соединениями. В отличие от химических сигналов, здесь речь идёт о непосредственном контакте, где граница между клетками становится проницаемой.

Что это значит для понимания работы мозга

Во время экспериментов учёные наблюдали, как по этим микромостикам перемещается кальций — элемент, отвечающий за передачу электрохимических сигналов. Но самое поразительное — то, что по этим же каналам проходили молекулы бета-амилоида, известного своей ролью в развитии болезни Альцгеймера.

Когда исследователи вводили бета-амилоид в один нейрон, он вскоре появлялся и в соседних клетках, не прибегая к синапсам. А при блокировке нанотрубок процесс останавливался — вещество переставало распространяться. Этот факт может объяснить, как патологические белки распространяются по мозгу, поражая всё новые области.

"Мы наблюдали прямой перенос бета-амилоида между нейронами через дендритные нанотрубки", — заявил нейробиолог Университета Джонса Хопкинса Джошуа Гордн.

Как это связано с болезнью Альцгеймера

На ранних стадиях болезни Альцгеймера в мозге начинает скапливаться бета-амилоид, образуя так называемые амилоидные бляшки. Ранее считалось, что процесс развивается хаотично. Но новое открытие показывает, что существует определённый "транспортный путь", по которому токсичные белки могут быстро распространяться.

У лабораторных мышей, генетически предрасположенных к развитию симптомов, похожих на болезнь Альцгеймера, плотность нанотрубок увеличивалась задолго до появления бляшек. Это позволяет предположить, что механизм может запускаться ещё до того, как болезнь проявится внешне.

Для медицины это открывает новые перспективы: если научиться контролировать образование этих нанотрубок, возможно, удастся замедлить или даже предотвратить развитие болезни.

Сравнение: синапсы и дендритные нанотрубки

Как учёные исследуют новые нейронные связи

Для визуализации нанотрубок использовались современные методы флуоресцентной микроскопии, способные различать структуры толщиной менее 100 нанометров. Это позволило не только подтвердить их существование, но и проследить динамику их формирования в реальном времени.

В эксперименте применялись нейронные культуры, где клетки выращивались в контролируемых условиях, и срезы мозга животных. При помощи алгоритмов машинного обучения команда выделяла участки, где вероятно формировались нанотрубки, и анализировала, какие белки вовлечены в этот процесс.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: рассматривать болезнь Альцгеймера исключительно как результат химического дисбаланса.

• Последствие: пропускаются физические пути распространения патологических белков.

• Альтернатива: изучение клеточных мостиков и молекулярных механизмов их образования открывает новые подходы к ранней диагностике и терапии.

А что если эти мостики — часть нормальной работы мозга?

Учёные подчёркивают: хотя открытие может быть связано с нейродегенеративными процессами, не исключено, что нанотрубки выполняют и полезные функции. Возможно, они обеспечивают быструю координацию между нейронами или способствуют регенерации клеток после травм.

Эти гипотезы пока не подтверждены, но если они верны, то мозг оказывается ещё более динамичной системой, где сигналы могут распространяться не только электрически и химически, но и физически — напрямую.

Плюсы и минусы открытия

FAQ

1. Можно ли уже лечить болезнь Альцгеймера, воздействуя на нанотрубки?
Пока нет. Исследования находятся на доклинической стадии. Учёные только изучают, какие молекулы регулируют образование мостиков между нейронами.

2. Как учёные увидели такие микроструктуры?
Благодаря микроскопии сверхвысокого разрешения и компьютерным методам обработки изображений, которые позволяют наблюдать объекты в десятки раз меньше бактерий.

3. Связаны ли эти структуры только с болезнью Альцгеймера?
Пока это основная гипотеза, но исследователи допускают, что подобные механизмы могут играть роль и при других нейродегенеративных расстройствах, например при болезни Паркинсона.

4. Можно ли считать это новым видом нейронных связей?
Да. Это физическая форма коммуникации, ранее неизвестная. Она дополняет синапсы, а не заменяет их.

Мифы и правда

• Миф: болезнь Альцгеймера вызывается только наследственностью.
  Правда: гены повышают риск, но ключевую роль играют процессы на клеточном уровне, такие как накопление бета-амилоида и взаимодействие нейронов.

• Миф: нейроны не могут физически соединяться.
  Правда: дендритные нанотрубки доказывают, что физический контакт между клетками возможен и имеет значение для обмена веществами.

• Миф: мозг полностью изучен.
  Правда: каждое десятилетие приносит новые открытия, меняющие базовые представления о его устройстве.

3 интересных факта

1. Дендритные нанотрубки могут достигать длины в несколько десятков микрометров — сравнимо с диаметром человеческого волоса, но их толщина в сотни раз меньше.

2. Подобные структуры ранее наблюдались в культуре клеток кожи и иммунной системы, но впервые — в живой ткани мозга.

3. Некоторые исследователи считают, что нанотрубки могут быть древним эволюционным механизмом, сохранившимся от простейших организмов.

Исторический контекст

Первые теории о физических связях между нейронами появились ещё в начале XX века, когда микроскопы не позволяли увидеть столь мелкие структуры. Долгое время доминировала "синаптическая" модель — идея, что нейроны общаются исключительно химическими сигналами. Открытие нанотрубок возвращает науку к вопросу, есть ли у мозга дополнительные уровни организации, скрытые от глаза.