Недавнее исследование, проведённое учёными Питтсбургского университета, опровергло устоявшееся десятилетиями представление в нейронауке: что спонтанная и вызванная (эвокированная) синаптическая передача зависят от одного и того же нейронного механизма и происходят в одних и тех же синаптических зонах. Работа, опубликованная в журнале Science Advances, показывает, что мозг использует разные участки синапсов для управления различными типами нейропластичности. Это открытие даёт новое понимание того, как мозг сохраняет баланс между стабильностью и адаптивностью — двумя ключевыми основами обучения, памяти и психического здоровья.

Как правило, нейроны передают информацию, высвобождая нейромедиаторы из пресинаптического терминала в синаптическую щель, где те связываются с постсинаптическими рецепторами. Долгое время считалось, что как спонтанные, так и вызванные передачей опыта сигналы формируются в одном и том же синаптическом участке.

Однако команда под руководством доктора Оливера Шлютера, используя модель на мышах, пришла к иным выводам. Эксперименты были сосредоточены на первичной зрительной коре, где происходит начальная обработка визуальной информации. Учёные обнаружили, что после начала зрительной стимуляции вызванные сигналы продолжали развиваться и усиливаться, в то время как спонтанная активность стабилизировалась. Это указывает на то, что каждый тип синаптической передачи следует своему развитию и регулируется разными механизмами.

Для проверки гипотезы исследователи использовали соединение, активирующее «молчащие» постсинаптические рецепторы. Это привело к росту спонтанной активности без какого-либо влияния на вызванные отклики. Такой результат убедительно свидетельствует о функциональной независимости двух типов синаптической передачи.

Авторы предполагают, что это разделение даёт мозгу возможность поддерживать гомеостаз за счёт спонтанной активности, одновременно реализуя гебиановскую пластичность — процесс усиления нейронных связей на основе опыта и активности.

«Эта двухконтурная система передачи может быть способом мозга сохранять и устойчивость, и гибкость», — поясняет первый автор исследования Юэ Ян.
«Понимание такой архитектуры помогает объяснить, как мозг справляется с задачами сложного обучения, избегая при этом дестабилизации».

Открытие имеет широкий спектр последствий. Нарушения в синаптической передаче связаны с такими расстройствами, как аутизм, болезнь Альцгеймера и зависимость. Более полное понимание работы здорового мозга может приблизить науку к разработке методов лечения и диагностики этих состояний.