Нейропластичність під електронним мікроскопом: як навчання змінює ультраструктуру синапсів

Протягом майже всього ХХ століття в нейробіології панував жорсткий догмат: «мозок дорослої людини статичний, його структура сформована раз і назавжди, а нервові клітини не відновлюються». Проте розвиток електронної мікроскопії та методів прижиттєвого іміджингу дозволив вченим зазирнути вглиб працюючого мозку і відкрити феномен нейропластичності. Виявилося, що наш мозок анатомічно змінюється щоразу, коли ми дізнаємося щось нове або зазубрюємо лекцію з гістології.

Морфологія синаптичної перебудови

Нейропластичність - це не обов'язково поява нових нейронів. Найчастіше це кардинальна перебудова контактів між ними - синапсів. Коли ми активно вчимося, у синапсах на ультраструктурному рівні відбуваються такі процеси:

• Довготривала потенціація (LTP): При багаторазовому проходженні нервового імпульсу через синапс, архітектура постсинаптичної мембрани змінюється. На ній збільшується кількість рецепторів до медіаторів (наприклад, AMPA-рецепторів до глутамату). Синапс стає чутливішим.

• Трансформація дендритних шипиків: Дендрити покриті мікроскопічними виростами - шипиками, які і є місцями контактів з іншими аксонами. Під електронним мікроскопом видно, що ці шипики мають різну форму. Тонкі та подовжені шипики («шпильки») є дуже рухливими, але нестабільними - вони відповідають за короткочасну пам'ять. Коли інформація закріплюється, шипики гіпертрофуються і перетворюються на стабільні «грибоподібні шипики» з великою площею активної зони.

Фізичний каркас пам'яті

Якщо стимуляція синапсу триває довго, клітина запускає синтез нових структурних білків. Один синапс може буквально розділитися навпіл (перфорований синапс), утворюючи два незалежні канали зв'язку замість одного. Навпаки, якщо ми перестаємо користуватися якимось навичками, запускається процес синаптичного прунінгу - відростки нейронів зморщуються, аксони від'єднуються, а мікроглія з'їдає неактивні синапси.

Наш мозок - це не застиглий комп'ютерний чіп, а динамічний мікроскопічний пластилін. Фізична структура вашої кори головного мозку зараз відрізняється від тієї, яка була до того, як ви почали читати цей текст.

Підготувала: Галина Чернікова