21 июля 2011

Процесс возбуждения

Элементарной функцией нейронов является процесс возбуждения, который выражается в снижении мембранного и возникновении спайкового потенциала действия в области аксонного холмика.

Спайковый разряд является ответом, регистрируемым на выходе нейрона, на приходящий к нему сигнал, являющийся суммой генераторных постсинаптических потенциалов (де- и гипер-поляризующих).

Отсюда следует, что нейрон активируется специфическим паттерном синаптических влияний, роль которых состоит в интенсификации синтеза РНК и медиаторов в цитоплазме нейрона, обеспечивающей облегчение синаптической передачи. В этом случае внешнее раздражение кодируется совокупностью синаптических воздействий, определяющих степень интенсификации синтеза РНК, белков и нейромедиаторов, а следовательно, и уровень возбудимости нейрона — его постоянного потенциала.

В свою очередь, эти процессы определяют вероятность возникновения потенциалов действия, а также их пространственновременную характеристику на выходе нейрона.

Качественная характеристика внешнего раздражения при этом обеспечивается химическим кодированием афферентных пресинаптических входов, каждый из которых содержит специфическую метку (нейромедиатор, гормон, пептид) с избирательным сродством к постсинаптической мембране соответствующего нейрона или ансамбля нейронов. При таком подходе становится очевидным, что способность к запоминанию внешнего сигнала есть функция каждого отдельно взятого нейрона и заключается она в изменении уровня его возбудимости.

Качественная характеристика сигнала (дискретность) определяется соответствующим набором нейронов. Длительность хранения навыка в таком ансамбле будет определяться процессами ферментативной адаптации, определяемыми степенью интенсификации генома нейронов и количеством синтезирующих нейромедиаторов, ферментов и нейроспецифических белков. Для воспроизведения навыка достаточно активации любого из элементов ансамбля нейронов, в котором хранится данный навык.

Поскольку в мозге вряд ли может синтезироваться такое количество пептидов, которое необходимо для обеспечения всей накапливаемой в течение жизни информации, G. Ungar выдвинул предположение о нематричном синтезе пептидов для объяснения своей гипотезы «один пептид — одно поведение».

Однако, если число синтезируемых в мозге пептидов ограничить количеством афферентных входов, по которым поступает вся информация, и набором пептидов, кодирующих врожденные формы поведения, закрепленные отбором, то представляется вполне вероятным, что их синтез записан в молекулярном коде ДНК. Число таких пептидов не превысит определенного обязательно конечного числа, даже с учетом модальных характеристик специфических афферентных сигналов. Таким образом, в афферентных нейронах синтезируется пептид, связанный с качественной характеристикой специфического сигнала. Нейрон с выходом на эфферентную систему синтезирует пептид, связанный с осуществлением врожденной формы поведения.

Связь между этими нейронами осуществляется посредством специализированного нейрона, в котором синтезируется пептидконнектор, формирующий специфический нейронный ансамбль. В нем и хранится выработанный навык. Синтез пептидаконнектора представляет собой негенетическую ступень, которую G. Ungar привел для кодирования приобретенной информации.

Возможно, что на рибосомах специализированных нейронов, синтезирующих пептидконнектор, синтезируются и ферменты типа пептидилтрансфераз и протеаз, которые соответственно катализируют образование пептидных связей и их разрушение. Эти ферменты осуществляют синтез пептидконнектора на основе взаимодействия двух пептидов, мигрирующих из афферентного и эфферентного нейронов при их синхронном возбуждении. Кроме того, роль генетического аппарата нейронов заключается в индукции ферментов биосинтеза нейромедиаторов и полипептидов.

Доказано [Chuang D. M. et al., 1978], что транссинаптическая индукция тирозингидроксилазы в нейробластомных клетках, катализирующая биосинтез катехоламинов, включает активацию зависимой от цАМФ цитоплазматической протеинкиназы. Этому предшествует усиление фосфорилирования ядерных белков и матричного синтеза РНК Повидимому, основная роль в этих процессах принадлежит ионам, которые сами или в комплексе с циклическими нуклеотидами повышают каталитическую активность ферментов. В качестве примера можно привести данные об увеличении активности триптофангидроксилазы в стволе мозга крыс под влиянием ионов Са++, Mg++ и АТФ [Lovenberg W. et al., 1978].

Тем не менее и до настоящего времени нет единой теории, объясняющей механизм закрепления, сохранения и воспроизведения полученной информации из внешней и внутренней среды. Однако авторы всех теорий признают, что память в своей простейшей форме основана на следовой деятельности нейронов от предыдущих раздражений [Воронин Л. Л., 1972].

На схеме отражены наши представления, обобщающие многочисленные данные о распределении потока информации, формирования энграмм, их хранении и системе реализации.


Распределение потока информации, процесс формирования энграмм,
их хранение и система реализации

Распределение потока информации, процесс формирования энграмм, их хранение и система реализации

1 — ретикулярная формация среднего мозга,
2 — дорсальный,
3 — вентральный гиппокамп,
4 — сосцевидные тела,
5 — передние ядра таламуса,
6 — лимбическая кора,
7 — латеральный отдел гипоталамуса,
8 — вентромедиальное ядро гипоталамуса,
9 — дорсомедиальная;
10 — базолатеральная область миндалевидного тела,
11— лобная,
12 — височная,
13 — затылочная область коры.

Заштрихованные структуры — состояние повышенной, черные — пониженной возбудимости.


«Нейрохимические и функциональные основы долговременной памяти»,
Ю.С. Бродкин, Ю.В. Зайцев



Ранее мы указывали, что в возникновении постсинаптического потенциала нейрона и транссинаптической индукции синтеза ферментов значительная роль принадлежит цАМФ и усилению фосфорилирования мембранных, синаптических и ядерных белков в ходе обучения. Эти изменения сохраняются в течение длительного времени после прекращения стимуляции. Так, кратковременное помещение крыс или мышей в новую среду сопровождается усилением фосфорилирования белков в синаптических мембранах…

Выяснение возможных механизмов формирования и хранения энграмм

Наши исследования, направленные на выяснение возможных механизмов формирования и хранения энграмм, позволяют высказать ряд аргументов в пользу синаптомембранных механизмов как единой основы кратковременной и долговременной памяти [Бородкин Ю. С, 1976; Бородкин Ю. С. и др., 1976; Бородкин Ю. С. и Крауз В. А., 1978; Смирнов В. М. и Бородкин Ю. С, 1979; Бородкин Ю. С….

Препараты, имитирующие действие медиаторов

Препараты, имитирующие действие медиаторов, прямо или через посредство соответствующего нейромедиатора вступающие в связь с макромолекулами белка рецептора и вызывающие конформационные перемещения последних, ускоряют процесс фиксации и консолидации следа вырабатываемого навыка. При условии длительного повторяющегося возбуждения (процесс обучения) как в отдельном нейроне, так и в нейронном ансамбле в целом наблюдается ряд последовательных метаболических превращений в органных…

Гипотеза функциональной верификации предполагает, что специфическая организация синапсов формируется еще до приобретения опыта и стабилизируется под влиянием взаимодействия с факторами внешней среды. Однако генетическая программа определяет взаимодействие лишь между основными категориями нейронов. В ходе развития в пределах данной категории нейронов образуется множество синаптических контактов на одном и том же нейроне, иначе говоря, имеет место ограниченная…

Ранее мы указывали на присутствие специфических для синапсов и глиальных клеток белков-антигенов клеточной поверхности, функция которых связана с формированием специфических аксодендритических и аксосоматических контактов в синаптогенезе. Чрезвычайная специфичность пептидного состава характеризует и рецепторные белки постсинаптических мембран, которые определяют избирательный характер взаимодействия их с нейромедиаторами и пептидными гормонами. Большинство рецепторных белков являются регуляторными, состоят из нескольких…