Согласно теории нейронных ансамблей Дональда Хебба, если оба соединенных нейрона находятся в активном состоянии на протяжении одной сотой секунды, то связь между ними усиливается. Если в этот отрезок времени эти нейроны получают информацию, она может быть усвоена. Однако сведения, которые следует закодировать, часто поступают с секундными или даже минутными промежутками. Каким же образом, в таком случае, нейронам удается приобретать новую информацию?

Ответом на этот вопрос стала недавняя теория поведенческой синаптической пластичности со временной шкалой (BTSP), которая разрешает это разногласие, показывая, что нейроны могут интегрировать информацию на протяжении секунд. Однако молекулярный механизм этого процесса оставался неизвестен. Команда ученых из Института Макса Планка во Флориде открыла ключевые аспекты действия BTSP в нейронах и дополнила ими модель нейропластичности.

Первой трудностью, которую пришлось преодолевать ученым, стало моделирование BTSP в изолированных тканях мозга, в которых есть возможность точно измерить происходящие изменения. Они запустили процесс BTSP сигналами с промежутком около одной секунды и подтвердили, что длительность интеграции для хранилища информации увеличивается.

Также они установили, что BTSP возникает в отдельных синапсах. Это свойство имеет большое значение для специфичности в кодировании информации. Сочетая электрофизиологические методы измерения нейронной активности с микроскопией и биодатчиками, ученые смогли визуализировать реальные молекулярные изменения, возникающие в процессе BTSP, и определить их роль.

Исследователи сосредоточились на молекуле CaMKII, которая играет важную роль в различных типах пластичности нейронов, в том числе, предположительно, в процессе BTSP. Эта гипотеза подтвердилась, но ученые ошиблись насчет характера роли молекулы, пишет Science Daily.

Оказалось, что CaMKII — это сигнал с инструкцией для BTSP, но не определяет специфический характер пластичности. Это значит, что у синаптической пластичности более широкое временное окно. Новая модель позволяет интегрировать несколько десятков секунд.

«Это существенный сдвиг в нашем видении функции CaMKII и понимании механизмов пластичности, — сказал Анант Джейн, руководитель научной группы. — Активность CaMKII в дендритах показывает, что она не определяет синаптическую специфичность пластичности, но, скорее, вовлечена в обработку информации в дендритах».

Американские нейробиологи применили точный метод фиксации электрической активности мозга. И смогли идентифицировать отдельные кластеры нейронов, обрабатывающие разный лингвистический контекст, от одного слова до нескольких.