Во время обучения в головном мозге происходит следующее: сначала нейроны начинают передавать электрические сигналы по новым маршрутам, а затем, со временем, это приводит к изменениям физической структуры клеток и их связей. Долгое время ученые стараются понять, что происходит между этими двумя этапами — как электрическая активность в нейронах в конечном итоге приводит к длительным изменениям.

Для изучения этих процессов ученые из Института Скриппс разработали новый инструмент мониторинга пластичности — визуализации процессов, происходящих в головном мозге во время обучения. Технология измеряет количество белков, вырабатываем отдельными типами клеток мозга, что позволяет получить представление о его работе и понять, почему с возрастом нейропластичность снижается.

Из предыдущих исследований известно, что на раннем этапе пластичности активность мозга вызывает изменения экспрессии генов в нейронах. Теперь команда изучила следующий этап — преобразование генетического кода в белки.

В экспериментах на моделях мышей ученые обнаружили около 300 различных белков, которые изменялись на фоне увеличения нейронной активности. При этом две трети из них повышались во время всплеска мозговой активности, а остальные, наоборот, снижались.

Дальнейшие наблюдения показали, что некоторые белки были связаны со структурой и формой нейронов, другие — с упаковкой ДНК внутри клеток. «Это означает, что изменение активности мозга может привести к волнам экспрессии генов в течение многих дней», — прокомментировала автор работы Холлис Клайн.

Теперь ученые планируют определить другие потенциальные белки нейропластичности. Вместе они помогут иначе взглянуть на природу заболеваний головного мозга и разработать стратегии для предупреждения снижения нейропластичности во время старения.

Любопытно, что недавно ученые представили гипотезу о потенциале мозга человека к квантовым вычислениям. Она утверждает, что квантовые процессы являются частью когнитивных функций.