Исследователи обнаружили, что ещё до того, как опыт начинает формировать мозг, спонтанная активность нейронов уже укрепляет связи между ними. Это происходит в соответствии с правилом Хебба, согласно которому клетки, которые активируются вместе, соединяются вместе.
Спонтанная активность мозга в развитии: как нейроны формируют связи
В новом исследовании, опубликованном 15 августа в журнале Science, учёные из Йельского университета показали, как клетки мозга начинают объединяться в проводную сеть на ранних этапах развития. Они сосредоточились на ганглиозных клетках сетчатки мыши, которые проецируются из сетчатки в область мозга, называемую верхним холмиком, где они соединяются с нижестоящими нейронами.
Исследователи одновременно измеряли активность одной ганглиозной клетки сетчатки, анатомические изменения, произошедшие в этой клетке во время развития, а также активность окружающих клеток у бодрствующих новорождённых мышей. Этот технически сложный эксперимент стал возможен благодаря передовым методам микроскопии и флуоресцентным белкам.
Предыдущие исследования показали, что до того, как может произойти сенсорный опыт, спонтанно генерируемая активность нейронов коррелирует и образует волны. В новом исследовании учёные обнаружили, что когда активность одной ганглиозной клетки сильно синхронизируется с волнами спонтанной активности в окружающих клетках, аксон клетки — часть клетки, которая соединяется с другими клетками — отращивает новые ветви. Когда активность была плохо синхронизирована, вместо этого уничтожались ветви аксонов.
Это открытие соответствует правилу Хебба — идее, выдвинутой психологом Дональдом Хеббом в 1949 году, согласно которой, когда одна клетка неоднократно вызывает срабатывание другой клетки, связи между ними укрепляются.
«Правило Хебба довольно широко применяется в психологии для объяснения того, как мозг учится, — сказал Майкл Крейр (Michael Crair), со-автор исследования и профессор нейробиологии. — Здесь мы показываем, что это также применимо на ранних стадиях развития мозга с субклеточной точностью».
В дальнейшем исследователи будут изучать, сохраняются ли эти закономерности ветвления аксонов после того, как мышь открывает глаза, и что происходит с нейроном, который подключён ниже по течению, когда образуется новая ветвь аксона.
Литература
“Hebbian instruction of axonal connectivity by endogenous correlated spontaneous activity” by Michael Crair et al. Sciencе
