Старший автор исследования Мриганка Сур сравнивает это явление с косяком рыб, который внезапно меняет направление, следуя за своим вожаком, и каждая из них следует за соседом спереди.

«Коллективное поведение комплексных систем всегда подчиняется простым правилам, — говорит он. — Когда одни синапсы поднимаются вверх, на расстоянии 50 микрометров происходит ослабление других синапсов, под действием хорошо известного молекулярного механизма».

Закон, который они открыли, кажется простым, но потребовались сложные эксперименты и содействие зарубежных коллег, чтобы подтвердить его, рассказывает EurekAlert.

В одном из них нейробиологи меняли рецепторное поле нейрона в зрительном отделе головного мозга мыши методами оптогенетики — воздействуя на нервные клетки светом. Многократная стимуляция укрепляла определенные синапсы на отростках дендритов нейронов. По мере роста рецепторного поля ученые наблюдали в двухфотонный микроскоп, как уменьшались соседние нейроны. Результаты визуального наблюдения были подтверждены коллегами из Швейцарии, которые провели электронную микроскопию мозга мыши.

За изменение синапсов отвечали AMPA-рецепторы: усиление было связано с увеличением их экспрессии, ослабление — с уменьшением. Экспрессией AMPA-рецепторов управляет белок Arc, поэтому следовало проследить весь его путь. Проблема заключалась в том, что прежде никто не делал такого в мозге живого животного. Поэтому американцы обратились за помощью в Университет Токио, специалисты которого изобрели специальную химическую метку для наблюдения за синапсами.

С ее помощью нейробиологи смогли, наконец, понять роль белка Arc: синапсы с пониженным количеством этого белка могли экспрессировать больше AMPA-рецепторов, тогда как повышенное содержание Arc в соседних отростках вызывало пониженную экспрессию AMPA-рецепторов.

По словам Сура, это правило помогает объяснить работу памяти и обучения на уровне отдельных нейронов, поскольку показывает, как нейрон приспосабливается к многократному воздействию своих соседей.    

Японские ученые нашли способ сделать нейробиологические модели более совершенными. С помощью специальных микропластин они научились выращивать звенья нейронов одно за другим.