Главная / Люстры

Нейробиологи определили, как человеческий мозг развил высокие интеллектуальные способности . Дети дождя (ранние признаки аутизма, подборка с форума) - Другие дети

Учёным, исследующим свойства человеческого мозга, давно известно, что он работает как мощнейший компьютер и способен, к примеру, вместить .

Однако пока что открыты далеко не все факторы, определяющие нашего мозга.

Очередным открытием в этой области поделились исследователи из Массачусетского технологического института. Они впервые провели запись электрической активности нейронов со сверхвысоким уровнем детализации.

Важно пояснить, что наш мозг содержит 85-86 миллиардов нейронов, и каждый функционирует как возбуждаемый элемент. Он накапливает входящие электрические сигналы в своём теле (соме) и, когда напряжение достигает определённого предела, генерирует короткий электрический импульс, отправляющийся в разветвлённые отростки - дендриты . Отметим, что именно такой накопительный подход позволяет миллионам и миллиардам отдельных клеток функционировать как единое целое без общего "центра управления".

На концах дендрита каждого нейрона расположены мембранные выросты - шипики. Шипики одного нейрона соединяются с шипиками другого, формируя место контакта - синапс. Через них и осуществляется передача нервного импульса.

Авторы новой работы решили сравнить "способности" дендритов людей и модельных животных - крыс. Они предполагали, что именно различия в работе этих нейронных отростков отвечают за вычислительную мощность мозга и могут объяснить людей над всеми остальными видами.

Эксперты поясняют: каждый нейрон может иметь до 50 дендритов, и у человека они гораздо длиннее, чем у крыс и большинства других животных. Поэтому кора головного мозга у нас намного толще: она составляет около 75% от общего объёма мозга (для сравнения: у крыс - около 30%).

Но, несмотря на эти различие, структурная организация этой области у грызунов и людей схожая: кора мозга состоит из шести разных слоёв нейронов. При этом нейроны из пятого слоя имеют возможность передать сигнал нейронам из первого слоя.

Но, раз у людей кора значительно толще, чем у животных, получается, что в ходе эволюции нейронам приходилось удлинять свои дендриты, чтобы дотянуться до других слоёв. Да и сами сигналы путешествуют по таким путям дольше.

"Дело не только в том, что люди умны, потому что у нас больше нейронов и большая кора. [Наши] нейроны и действуют по-другому", — рассуждает глава научной группы Марк Харнетт (Mark Harnett).

Чтобы подробнее изучить работу дендритов людей, исследователи использовали срезы мозговой ткани пациентов с эпилепсией. В ходе операций добровольцам удаляли небольшие (с ноготь человека) участки передней височной доли, чтобы получить доступ к нужному участку мозга.

Отмечается, что передняя височная доля отвечает за множество функций, включая лингвистическую и визуальную обработку информации, но удаление крошечного её участка не снижает работоспособность мозга. А для нейробиологов такие "живые" ткани - уникальные образцы для изучения.

Как только команда получила срезы, их сразу же поместили в растворы, имитирующие спинномозговую жидкость. Это позволило сохранять жизнеспособность тканей в течение 48 часов.

Затем учёные использовали электрофизиологическую методику под названием локальная фиксация потенциала , которая позволяет изучать свойства ионных каналов . Последних очень много во внешних мембранах дендритов, и они фактически отвечают за пропускную способность "канала".

Ранее аналогичные эксперименты проводились с тканями мозга грызунов, однако электрические свойства дендритов человека команда изучала впервые.

В результате специалисты обнаружили, что, поскольку дендриты людей длиннее крысиных, сигнал, приходящий от нейрона из первого слоя к нейрону пятого слоя, намного слабее, чем аналогичный сигнал у грызунов.

Также выяснилось, что дендриты человека и крысы имеют одинаковое количество ионных каналов, но в наших дендритах они имеют более низкую плотность из-за общего удлинения дендритов.

Может показаться, что такое отличие снижает работоспособность мозга, но на самом деле это не так. Напротив, для того чтобы направить сигнал в нужное место, тысячи синапсов каждого дендрита должны "коллективно" определить "шаблон ввода", поясняет Харнетт.

На основе новых данных его коллеги разработали подробную биофизическую модель, которая показывает, что изменение плотности ионных каналов может объяснить некоторые различия в электрической активности дендритов человека и крысы.

Согласно гипотезе Харнетта, из-за выявленных различий большее количество частей дендритов может влиять на силу входящего сигнала, что позволяет отдельным нейронам нашего мозга выполнять более сложные задачи и повышать вычислительную мощность. Клетки мозга сами становятся своего рода мини-компьютерами.

"В человеческих нейронах существует больше "электрической независимости", что потенциально приводит к увеличению вычислительных возможностей одиночных нейронов", — полагает учёный.

Впрочем, существует множество других различий в работе мозга человека и животных, поэтому, возможно, удлинение дендритов и связанные с этим изменения - это лишь одно из преимуществ, которые получили сапиенсы в ходе эволюции.

В дальнейшем нейробиологи намерены более подробно исследовать электрическую активность мозга людей и отыскать другие особенности, отвечающие за наши умственные способности.

Коллеги нейробиологов из MIT назвали это открытие "замечательным достижением".

"Это наиболее тщательно детализированные измерения физиологических свойств нейронов человека на сегодняшний день. Эти эксперименты очень сложны, даже когда работа проводится с [образцами тканей] мышей и крыс, поэтому с технической точки зрения довольно удивительно, что они смогли проделать это с тканями людей", — отметил Нельсон Спрустон (Nelson Spruston) из Медицинского института имени Говарда Хьюза.

Оптимистично планировалось продолжить его через месяц-другой. Но жизнь внесла свои коррективы. Моделирование паттерно-волновой модели коры дало настолько интересные результаты, что пришлось на время отложить все остальное, в том числе и написание продолжения цикла для хабра.

Однако, не так давно я написал и выложил на препринт статью (http://arxiv.org/abs/1406.6901). В чем-то она может быть интересна тем, кто ранее заинтересовался волновой моделью. Напомню, что ключевой момент модели – это утверждение, что нейроны способны запоминать и узнавать не один единственный образ, описываемый весами его синапсов, а еще и огромное количество других отличных от этого образа сигналов. Конечно, такое усложнение нейрона идет в разрез со многими существующими теориями и требует более, чем серьезного обоснования. Ниже я, как раз, и попробую описать один из приведенных в статье аргументов в пользу моей модели.

Эту статью не стоит воспринимать как продолжение цикла, она скорее приквел к нему. Для себя я назвал это рассуждениями о ключевой роли дендритных шипиков.

Начнем с повторения хорошо известного.

В состоянии покоя между внутренней и внешней средой нейрона существует разность потенциалов – мембранный потенциал, составляющий около 70 милливольт. Он образуется за счет белковых молекул, работающих как ионные насосы. В результате мембрана приобретает поляризацию, при которой отрицательный заряд накапливается внутри клетки, а положительный снаружи.

Поверхность нейрона покрыта ветвящимися отростками – дендритами. К телу нейрона и к его дендритам примыкают аксонные окончания других нейронов. Места их соединений называются синапсами. Посредством синаптического взаимодействия нейрон способен реагировать на поступающие сигналы и при определенных обстоятельствах генерировать собственный импульс, называемый спайком.

Передача сигнала в синапсах происходит за счет выделения нейромедиаторов. Когда нервный импульс по аксону поступает в пресинаптическую терминаль, он высвобождает из синаптических пузырьков молекулы нейромедиаторов, характерные для этого синапса. На мембране нейрона, получающего сигнал, располагаются рецепторы, которые взаимодействуют с нейромедиаторами.

Рисунок 1. Химический синапс

Рецепторы, расположенные в синаптической щели, по большей части являются ионотропными. То есть они же являются ионными каналами, способными перемещать ионы через мембрану нейрона. Нейромедиаторы так воздействуют на рецепторы, что их ионные каналы открываются. В результате мембрана либо деполяризуется, либо гиперполяризуется – в зависимости от того, какие каналы затронуты и, соответственно, какого типа этот синапс. В возбуждающих синапсах открываются каналы, преимущественно пропускающие катионы внутрь клетки, – мембрана деполяризуется. В тормозных синапсах открываются каналы, выводящие катионы из клетки, что приводит к гиперполяризации мембраны.

В определенных обстоятельствах синапсы могут менять свою чувствительность, что называется синаптической пластичностью. Это приводит к тому, что одни синапсы становятся более, а другие менее восприимчивы к внешним сигналам.

Одновременно на синапсы нейрона поступает множество сигналов. Тормозящие синапсы смещают потенциал мембраны в сторону накопления заряда внутри клети. Активирующие синапсы, наоборот, стараются разрядить нейрон. Когда суммарная деполяризация превышает порог инициации, возникает разряд, называемый потенциалом действия или спайком.

После выброса нейромедиаторов специальные механизмы обеспечивают их утилизацию и обратный захват, что приводит к расчистке синаптической щели и окружающего синапс пространства. В течение рефрактерного периода, наступающего после спайка, нейрон не способен порождать новые импульсы. Продолжительность этого периода определяет максимальную частоту генерации, на которую способен нейрон.

Теперь опишем факты менее известные.

Когда потенциал действия, распространяясь по аксону, доходит до нейрона получателя, он вызывают выброс нейромедиаторов в синаптическую щель. Эти медиаторы определяют вклад синапса в общее изменение мембранного потенциала нейрона, получающего сигнал. Но часть медиаторов попадает за пределы синаптической щели и растекается по пространству, образованному нейронами и окружающими их глиальными клетками. Это явление называется спиловером (spillover (анг.) – переполнение, перелив) (Kullmann, 2000). Кроме того, медиаторы испускаются несинаптическими терминалями аксонов и глиальными клетками (Рисунок 2). Концентрация нейромедиаторов вне синапсов оказывается много меньше, чем в синаптических щелях. Однако именно в этих «растекшихся» нейромедиаторах таится масса интересного.

Рисунок 2. Источники медиаторов за пределами синаптической щели (Sykova E., Mazel T., Vagrova L., Vorisek I., Prokopova-Kubinova S., 2000)

Попробуем оценить количество и структуру источников, выбрасывающих нейромедиаторы за пределы синапсов. Для этого воспользуемся количественными оценками параметров коры, приведенными в таблице ниже (Таблица 1) (Braitenberg V., Schuz A., 1998).

Таблица 1. Сводная таблица параметров, полученная при изучении мозга мыши (py-cell – пирамидальная клетка, Type-I – синапсы между двумя пирамидальными клетками) (Braitenberg V., Schuz A., 1998)

Напомню, что большая часть синапсов (90-95%) приходится не на тело нейрона, а на его дендриты. Дендриты – это тонкие ветвящиеся отростки, образующие так называемое дендритное дерево нейрона. На рисунках ниже дендритные деревья выделены черным, а аксоны серым. Для нейронов разных типов формы дендритных деревьев различны, но сохраняется общий принцип: дендритное дерево состоит из множества ветвящихся отростков, при этом наибольшая плотность синаптических соединений нейрона приходится на небольшую пространственную область. Для основных типов нейронов она составляет порядка 200 мкм (Рисунок 3, Рисунок 4).

Рисунок 3. Структура звездчатого нейрона, линейка – 0.1 мм (Braitenberg, 1978)

Рисунок 4. Структура пирамидального нейрона, линейка – 0.1 мм (Braitenberg, 1978)

Ветвящиеся аксоны нейронов образуют контакты (синапсы) с дендритами других нейронов. Среднее расстояние между синапсами на дендритах – 0.5 микрометра. Среднее расстояние между синапсами на аксонах – 5 микрометров, то есть в 10 раз больше. Не удивительно, что аксоны получаются приблизительно в 10 раз длиннее чем дендриты.

Большая часть (75 %) синапсов располагается на дендритных шипиках, что наиболее характерно для пирамидальных клеток (Рисунок 5).

Рисунок 5. Сегмент дендрита пирамидальной клетки. Красным отмечены синапсы на шипиках, синим – на дендритном стволе (Dr. Kristen M. Harris)

Компьютерное моделирование, выполненное на основе реальных анатомических и физиологических данных, показало, что, например, глутамат может распространяться за пределы синаптической щели в количествах, достаточных для активации NMDA рецепторов в радиусе, сопоставимом с расстоянием между соседними синапсами (0.5 мкм) (Rusakov D. A., Kullmann D. M., 1998). Можно предположить, что существенная концентрация нейромедиаторов после спиловера наблюдается на участке дендрита длиной порядка 1-2 мкм. На таком участке может располагаться порядка двух-четырех синапсов, принадлежащих этому дендриту.

Если взять участок дендрита длиною 5 мкм (Рисунок 6), то ожидаемое число синапсов на нем составит около 10.

Рисунок 6. Участок дендрита (Braitenberg V., Schuz A., 1998)

Но дендритные ветки одних нейронов тесно переплетаются с ветками других нейронов. Они проходят друг от друга в самой непосредственной близости. За счет высоты дендритных шипиков синапсы, принадлежащие одному дендриту, могут оказаться ближе к поверхности другого дендрита, чем его собственные синапсы.

Если бы синапсы были равномерно распределены в пространстве коры, то в цилиндрический объем высотою 5 мкм и диаметром тоже 5 мкм (рисунок выше) при плотности распределения синапсов 7x10 8 /мм 3 попало бы около 100 синапсов. То есть в 10 раз больше того, что непосредственно располагается на самой ветке. В действительности существенную часть объема мозга занимают глиальные клетки и тела нейронов, что еще больше повышает плотность упаковки синапсов. Однако, нейроны работают с разными нейромедиаторами, что тоже надо учитывать.

Теперь попробуем понять смысл такой структуры связей с точки зрения распределения плотности внесинаптического медиатора. Для этого воспользуемся упрощенной моделью. Возьмем условный окружающий нейрон объем и занумеруем входящие в него нейроны. Каждый из этих нейронов будет иметь:
несколько синаптических контактов с дендритом выбранного нейрона;
несколько «прилеганий», то есть мест, где его синапсы с другими нейронами будут располагаться в непосредственной близости от дендрита выбранного нейрона.

Представим дендритное дерево как одну длинную ветку с равномерно распределенными условными источниками (Рисунок 7). Для каждого источника на этой ветке можно указать номер нейрона из окружающего пространства, отвечающего за него. Каждый из нейронов окружения будет иметь сразу несколько источниковых контактов, случайным образом распределенных по дендриту. Обозначим это соотнесение вектором D с элементами d i .

Рисунок 7. Соотнесение окружающих нейронов и их контактов на дендрите

Введем обозначения:
N neuron – количество нейронов окружения
N source – количество источников для одного нейрона
N trap – количество источников, создающих уровень плотности нейромедиаторов (синаптическую ловушку)

Теперь предположим, что несколько нейронов из окружения дали спайк. Это можно воспринимать как сигнал, доступный для наблюдения нашему нейрону. Обозначим N sig – количество активных нейронов, создающих информационный сигнал. Запишем этот сигнал бинарным вектором S.

Для всех позиций на дендрите кроме самых крайних будем считать плотность медиатора по формуле

Например, для сигнала, показанного на рисунке ниже, плотность в отмеченной синаптической ловушке составит 2 (сумма сигналов от 1-го и 4-го нейронов).

Рисунок 8. Отображение активности двух нейронов окружения на дендритное дерево (показана только часть связей и нумерации)

Для любого произвольного сигнала можно рассчитать картину плотности медиаторов на дендрите. Эта плотность будет колебаться в диапазоне от 0 до N trap . Максимальное значение будет достигаться, если оказались активны все источники, образующие синаптическую ловушку.

Воспользуемся усредненными значениями параметров, характерных для реальной коры крысы (Braitenberg V., Schuz A., 1998). Исходя из них мы получим следующие параметры модели:

N neuron = 650
N source = 25000
N trap = 15

Будем полагать, что сигнал кодируется активностью, например, 1.5% нейронов коры, тогда

Несложно рассчитать вероятность того, что для произвольного сигнала, состоящего из N sig единиц, найдется хотя бы одно место на дендрите, где плотность медиатора составит ровно K. Для приведенных параметров вероятность принимает следующие значения (Таблица 2):

K	P
0	0,984
1	1
2	1
3	0,996
4	0,287
5	0,016
6	0,001
7	0
8	0
9	0
10	0
...

Таблица 2. Таблица вероятности нахождения хотя бы одной ловушки с заданной плотностью. Первый столбец – требуемое количество активных источников в ловушке. Второй – вероятность нахождения на дендрите хотя бы одного места, где будет именно такое количество активных источников

То есть при тех значениях параметров, что близки к конфигурации реальной коры, для любого объемного сигнала, затрагивающего около 1.5% нейронов, справедливо следующее:
Найдется около 1.6% нейронов, у которых на дендритах существует ловушка, где пересекается 50% сигнальных аксонов;
Практически у каждого нейрона найдутся ловушки, в которых пересекается хотя бы 30% сигнальных аксонов.

Смысл такого результата очень интересен. Предположим, что информация в коре каким-то образом кодируется синхронной активностью относительно небольшого количества (N sig) компактно расположенных нейронов. Речь идет не обо всей деятельности мозга, а об информационных процессах в малом объеме, где нейроны занумерованы нами от 1 до N neuron . Предположим, что количество кодовых комбинаций S ограничено и образует определенный словарь T емкостью N dict . Можно рассчитать вероятность того, что одно и тоже место «откликнется» сразу на два сигнала. Результаты такого расчета для словаря из 10000 сигналов в таблице ниже.

K	P error
3	0,00399
4	1,05E-05
5	1,89E-08
6	2,33E-11
7	0
...

Таблица 3. Таблица вероятности нарушения уникальности синаптической ловушки при различных уровнях плотности медиатора

Получается, что при K=3 ловушки обладают определенной селективностью, хотя и не гарантируют от ошибки, но уже при K=5 они начинают достаточно однозначно соответствовать определенному пространственному паттерну активности. Напомню, что это справедливо не для произвольных сигналов из бесконечного набора, а когда мы имеем набор, пусть и достаточно большой, дискретных разрешенных состояний активности.

То есть получается, что смысл свойственной мозгу структуры аксонных и дендритных деревьев заключается в создании на дендритной поверхности каждого нейрона богатого пространства ловушек, то есть мест, соответствующих всевозможным комбинациям источников нейромедиаторов. По плотности нейромедиатора в ловушках можно судить о пространственно распределенном сигнале, складывающемся из синхронной активности некоторого числа близлежащих нейронов.

А так как на поверхности нейрона располагаются так называемые метаботропные рецепторы, которые могут вызывать одиночные спайки нейрона даже при незначительной концентрации нейромедиаторов, то выходит, что этими спайками, которые принято называть спонтанными, нейрон может реагировать на огромное количество разных сигналов, отличных от тех на которые могут быть настроены синапсы нейрона.

Собственно, теперь можно объяснить назначение тех самых дендритных шипиков с которых начиналась статья. По идее, все синапсы могли бы располагаться непосредственно на дендрите или теле нейрона. Это никак не повлияло бы на прямую работу синапсов и их способность давать вклад в появление вызванной активности. Но теперь можно предположить, что назначение дендритных шипиков – это создание пространственной структуры, в которой синапсы разных нейронов оказываются «перемешаны» так, что приобретают способность своим спиловером влиять не только на поверхность своего, но и окружающих соседних дендритов. Такая вот получается «принципиальная мелочь».

В самой исходной статье показывается как из этого всего рождается собственно «волновая история», но это уже отдельный разговор.

И в завершении о небольшой корысти. Исходная статья в оригинале на русском. Есть перевод на английский язык , сделанный Дмитрием Шабановым (за что ему огромный респект), но он (перевод) далек от совершенства. Если у кого есть возможность посмотреть и указать на ляпы буду крайне признателен. Документ по ссылке открыт всем для комментирования.

Список литературы к исходной статье

1. (2014). Получено из Human Connectome Project: www.humanconnectomeproject.org
2. (2014). Получено из ALLEN Mouse Brain Connectivity Atlas: connectivity.brain-map.org
3. Bloom, B. H. (1970). Space/time trade-offs in hash coding with allowable errors. Communications of the ACM Т. 13 (7), 422–426.
4. Braitenberg V., Schuz A. (1998). Cortex: statistics and geometry of neuronal connectivity, 2nd ed.
5. Braitenberg, V. (1978). Cortical architectonics: general and areal. В M.A.B. Brazier and H. Petsche (eds), Architectonics of the Cerebral Cortex (стр. 443–465). New York: Raven Press.
6. Coster, H. (1975). Electromechanical stresses and the effect of pH on membrane structure. Biochim Biophys Acta 13;382(2), 142-146.
7. Dr. Kristen M. Harris. (б.д.). Synapse Web. Получено из synapses.clm.utexas.edu .
8. Fukushima, K. (1980). Neocognitron A self-organizing neural network model for a mechanism of pattern recognition unaffected by shift in position. Biological Cybernetics, 36(4), 193-202.
9. Grossberg, S. (1987). Competitive learning: From interactive activation to adaptive resonance. Cognitive Science N11, 23-63.
10. Hebb, D. (1949). The Organization of Behavior. New York: John Wiley & Sons.
11. Hodgkin, A. a. (1952). A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve… J. Physio l. 117, 500-544.
12. Izhikevich, E. M. (2007). Dynamical Systems in Neuroscience: The Geometry of Excitability and Bursting. London: The MIT Press.
13. Kullmann, D. M. (2000). Spillover and synaptic cross talk mediated by glutamate and GABA in the mammalian brain. Prog Brain Res, 125, 339-351.
14. Kuramoto, Y. (1984). Chemical Oscillations, Waves, and Turbulence. Dover Publications.
15. Liibke J., Markram H., Frotscher M., Sakmann B. (1996). Frequency and dendritic distribution bution of autapses established by layer 5 pyramidal neurons in the developing rat neocortex: comparisons with synaptic innervation of adjacent neurons of the same class. Neurosci 16 (10), 3209-3218.
16. Malenka R.C., Nicoll R.A. (1999). Long-term potentiation--a decade of progress? Science 285(5435), 1870-1874.
17. Michael T. Lippert, Kentaroh Takagaki, Weifeng Xu, Xiaoying Huang, Jian-Young Wu. (2007). Methods for Voltage-Sensitive Dye Imaging of Rat Cortical Activity With. J Neurophysiol 98, 502-512.
18. Pitts W., McCulloch W.S. (1947). How we know universals: the perception of auditory and visual forms. Bull. Math. Biophys V.9, 127-147.
19. Rosenblatt, F. (1962). Principles of Neurodynamic: Perceptrons and the Theory of Brain Mechanisms.
20. Rusakov D. A., Kullmann D. M. (1998). Extrasynaptic glutamate diffusion in the hippocampus: ultrastructural constraints, uptake, and receptor activation. Neurosci 18(9), 3158-3170.
21. Sheng, M., Nakagawa, T. (2002). Neurobiology: glutamate receptors on the move. Nature, 417(6889), 601-602.
22. Sheng, M., Sala C. (2001). PDZ domains and the organization of supramolecular complexes. Annu Rev Neurosci, 24, 1-29.
23. Sykova E., Mazel T., Vagrova L., Vorisek I., Prokopova-Kubinova S. (2000). Extracellular space diffusion and pathological states. Progress in Brain Research, 155-178.
24. Tovar K. R.,Westbrook G. L. (2002). Mobile NMDA receptors at hippocampal synapses. Neuron, 34(2), 255-264.
25. W.-F. Xu, X.-Y. Huang, K. Takagaki, and J.-Y. Wu. (2007). Compression and reflection of visually evoked cortical waves. Neuron, 55, 119-129.
26. Y. LeCun, Y. Bengio. (1995). Convolutional Networks for Images, Speech, and Time-Series, in Arbib, M. A., editor, The Handbook of Brain Theory and Neural Networks. MIT Press.
27. Ж.П. Шнурова, З.М. Гвоздикова. (1971). Реакция нейронов сенсомоторной области коры на ее прямое электрическое раздражение. В Сборник «Исследование организации нейронной деятельности коры больших полушарий головного мозга» (стр. 158-180). Москва: Наука.
28. Николлс Дж., Мартин Р., Валлас Б., Фукс П. (2003). От нерона к мозгу (четвертое издание).
29. Прибрам, К. (1971). Языки мозга.
30. Радченко, А. Н. (2007). Информационные механизмы мозга. Спб.
31. Редозубов, А. (2014). Программа для расчета распределения синаптических ловушек. Получено из aboutbrain.ru: www.aboutbrain.ru/programs
32. Редозубов, А. (2014). Программа моделирования волновой коры. Получено из aboutbrain.ru: www.aboutbrain.ru/programs

Теги: Добавить метки

Многие нервные клетки похожи на кусты или деревья: их выходной отросток, аксон, -- тонкий корешок этого дерева, все остальные многочисленные отростки -- дендриты. Дендриты обычно отходят от тела клетки в виде толстых стволов, которые затем делятся на несколько более тонких ветвей, те, в свою очередь,-- на еще более тонкие и т. д. Длина дендритов в десятки раз превышает диаметр нервных клеток, а толщина концевых веточек очень мала -- может составлять доли микрометра. Вопрос о том, какую роль играют дендриты в работе нервных клеток, до сих пор окончательно не решен и, скорее всего, у разных нейронов их роль различна. В частности, у одних клеток мембрана дендритов невозбудима и может передавать сигналы только электротонически, как пассивный кабель, а у других -- дендриты способны проводить ПД. Сейчас мы рассмотрим только те свойства дендритов, которые связаны с их геометрией.

Рассмотрим сначала те клетки, у которых дендриты невозбудимы. В этом случае «проблема дендритов» состоит в следующем. Синаптические окончания встречаются на самых разных частях дендритного дерева. Возьмем синапс, действующий на веточку, максимально удаленную от тела клетки. В этом случае условия для передачи электрического сигнала представляются весьма невыгодными. Действительно, в тонкой веточке велика константа затухания, а своим концом веточка «впадает» в более широкий участок дендрита, который «закорачивает» ее. В таких закороченных кабелях потенциал спадает особенно сильно, правда, в случае дендритов «закорачивание» является неполным и потенциал в конце веточки спадает не до нуля. В следующем отрезке дендрита условия для передачи сигнала тоже неблагоприятные, так как на его конце тоже находится более толстый дендритный ствол, и т. д. « В связи с этим возникло представление, что синапсы, расположенные на удаленных веточках, дают очень малый вклад в изменение потенциала тела клетки, в сотни раз меньший, чем такие же синапсы на теле клетки. Получается, что синапсы на конечных дендритных веточках бесполезны, что это «ошибка природы».

Один из вариантов решения «проблемы дендритов» состоит в том, что на тонких концевых веточках можно разместить много синапсов, тогда совместное действие этих синапсов будет заметно в теле клетки. Но для этого надо, чтобы все эти синапсы работали более или менее одновременно.

Все вышеприведенные рассуждения долгое время носили качественный характер. В 1965 г. в Теоретическом отделе Института биофизики АН СССР был разработан способ количественной оценки эффективности синапсов для нервных клеток любой формы и рассчитана эта эффективность для мотонейронов, пирамидных клеток коры и клеток мозжечка. Оказалось, что эффективность дендритных синапсов всего в 3--5 раз ниже, чем у синапсов, расположенных на теле нейрона. Чем это объясняется? Почему эффективность удаленных дендритных синапсов оказалось довольно велика? Чем меньше клетка, чем выше ее входное сопротивление, тем больший сдвиг потенциала создает синапс. У тоненьких дендритных веточек, удаленных от тела клетки, входное сопротивление оказалось большим, поэтому синапсы могут создавать в этих веточках сдвиги потенциала в десятки раз большие, чем в теле нейронов. И хотя при распространении к телу этот сдвиг потенциала действительно сильно затухает, его большая величина в значительной мере компенсирует затухание. Таким образом, дендритные синапсы оказались вовсе не ошибкой природы.

А теперь рассмотрим те нейроны, дендриты которых обладают возбудимой мембраной, способной к генерации ПД, У таких нейронов высокая эффективность синапса на тонкой веточке может привести к тому, что всего несколько синапсов доведут мембранный потенциал до порога и вызовут в этой веточке ПД, который начнет распространяться к телу клетки.

Его дальнейшая судьба зависит от свойств узлов ветвления, через которые ему надо пройти по пути к телу клетки, т. е. от геометрии дендрита. Клетка такого типа работает как сложная логическая схема. Пример такой клетки был приведен на рис, 45; эта клетка обнаруживает однонаправленные движения стимула. Клетки с более сложной формой дендритов могут работать как довольно хитрые вычислительные машины. «Такая система подобна системе голосования с большим числом участников, которые имеют неодинаковое число голосов... Окончательный результат, конечно, зависит от общего числа голосов, поданных «за» или «против», однако он в не меньшей степени зависит и от того, кто именно и вместе с кем из партнеров голосует»,-- писали сотрудники Теоретического отдела Института биофизики АН СССР в 1966 г.

На дендритах многих нейронов имеются особые образования, так называемые шипики. Это структуры, похожие на грибы и состоящие из головки на тонкой ножке, которую чаще называют шейкой шипика. Шипик представляет собой выпячивание клеточной мембраны, а к его головке подходит терминаль от другого нейрона и образует на ней химический синапс.

Зачем нужны шипики -- неизвестно. Число гипотез об их функциях огромно. Давайте посмотрим, что можно сказать о возможных функциях шипиков, исходя из геометрических соображений. При этом рассмотрим два ра-рианта: мембрана головки шипика невозбудима; мембрана головки шипика способна к генерации ПД.

Пусть шипик невозбудим. Его тоненькая шейка имеет высокое сопротивление. В результате в головке будет возникать большой постсинаптический потенциал, но его заметная часть будет теряться в шейке. Шипик будет работать как тоненькая дендритная веточка. Но зачем нужно такое устройство? Почему бы синапсу не располагаться прямо на дендрите?

Одним из способов работы тормозных синапсов является снижение входного сопротивления нейрона. Но ведь и возбуждающие синапсы тоже открывают ионные каналы и снижают входное сопротивление! Из-за этого возбуждающие синапсы тоже мешают друг другу. Особенно сильна такая помеха будет на тонких дендритах, у которых очень высоко входное сопротивление, так что активация нескольких синапсов вызовет заметное его снижение. Шипики должны существенно снижать взаимное влияние соседних синапсов, которые в этом случае отделены друг от друга шейками с высоким сопротивлением. Расчеты подтвердили, что хотя шипиковые синапсы каждый по отдельности менее эффективны, чем синапсы, расположенные прямо на дендрите, но при совместной работе эффект заметно выше.

Если же мембрана шипика возбудима, то он может работать как усилитель синаптической передачи. Из-за тонкости шейки входное сопротивление шипика очень велико и один синапс может вызвать в головке ПД, который пошлет в дендрит гораздо более сильный электрический ток, чем ток синапса. Интересно, что при таком режиме работы шипика должно существовать оптимальное сопротивление его шейки. Оно не должно быть слишком маленьким -- тогда заметная часть синаптического тока будет утекать в дендритную веточку, сдвиг потенциала на мембране головки шипика не достигнет порогового значения и там не возникнет ПД. Но, с другой стороны, сопротивление шейки шипика не должно быть и слишком большим, иначе из головки шипика в дендрит будет течь слишком слабый ток и никакого усиления синаптического тока не получится. Недавно появились работы, показывающие, что геометрическая структура реальных шипиков близка к той, которая по теоретическим расчетам является оптимальной.

До сих пор мы говорили о форме волокон и клеток или даже микроструктур клеток -- шипиков. Посмотрим теперь на геометрию клеточных объединений.

Роsочка
Если бы можно.было б заглянуть в будущее и узнать хоть чуть-чуть, что там ждет - здоровье малыша или трудности.. я очень тревожный человек по натуре, плюс, то, что случилось у нас с первым сыном на фоне полного благополучия - не дает мне расслабиися ни на секунду сейчас. Здоровья и успехов в учебе вашей доченьке! Лалая
Вы очень любите своего ребенка- внимательно следите за своим ребенком - это хорошо..
Возможно я не так.. Помню все мамы вокруг говорили про этот указательный жест... как мерило развития и ума.
А у дочки его никогда не было и он не появился ни в каком возрасте..
Я никогда и давала дочке задания покажи то, покажи это до 1гоад точно.. маленькая еще..
На мелкую маторику я вообще мало занималась - боялись проглотит.. и не хотела собирать гречку с пола.
В ладушки не играла.. правда читали ей много.. в тот период слушала или нет трудно было сказать..
Я думаю вы бы много нашли чего не делала моя дочка.. Я вообще на это не смотрела..
итог - дочка развилась в оперережением тех деток - -кто мне хвастал про это указательный жест..
Молчала доча до 2 лет - потом по типу взрыва- за два месяца заговорила свободно.. в 3.3 начала читать сейчас 4.5 читает бегло и пишет сама слова - даже свободно использует мягкий знак на письме..
Считает до 200 понимает сложение и вычитание до 10.. В школу идем в 6.5 Анастасия
Большое спасибо вам за ответ! Очень хочется надеется, что это все моя повышенная тревожность в связи с нашей историей. Просто вроде как и имитация и звукоподрожание отсутствуют, да еще и глазной контакт хромает и какая-то слишком сильная привязанность ко мне. Я уже посмотрела лекции Осина, где он говорит, что диагностика до года невозможна и что дети с аутичными чертами до года могут дальше развиваться нейротипично, но черви сомнения меня просто съедают.

Добавлено спустя 8 минут 49 секунд:

Leontyika
Добрый день.
А вы не сможете припомнить, когда у вашего малыша появился указательный жест и появились имитация и звукоподражание? Когда начал глазки переводить на объект, о котором вы спрашиваете? Может я просто слишком многохочу от своего ребенка. Лалая
Лично я не вижу ничего тревожного в описании ребенка. 8,5 месяцев - не тот возраст, чтобы всерьез беспокоиться об отсутствии имитации.
Расслабьтесь и наслаждайтесь материнством

Вот и у нас такое было, я все искала ответов на форумах, заметила где то в пол годика, что сын не смотрит в глаза, когда берешь его на руки перед собой, хоть оборись и обкривляйся в этот момент, ну не смотрел вообще, абсолютно, да и на расстоянии глазной контакт был мимолетный, уводил взгляд, будто стесняясь. Сейчас ему 2,5 смотрит, говорит, общается, тянется к детям, играет с ними в ролевые игры, один вообще находиться не может. Глазной контакт стал налаживаться постепенно, он и сейчас близко смотреть не любит, как стесняется, улыбается, но аутичных черт нет абсолютно. Я и не знаю, что это было...

А для понимания речи рановато конечно, как мне кажется, в пол года, мой точно еще ничего не понимал, а ближе к году, да уже искал глазами и даже пальчиком показывал. Евгения Краснова
Спасибо вам за добрые слова. Очень хочется верить, что все так и есть)) Лалая
Вы очень хорошо и подробно все написали. Но заочно все равно 100% никто ничего не скажет.
По Вашему описанию у Вани все в порядке (на мой взгляд неспециалиста, но мамы 3 детей и бабушки). У детей в норме после периода "радости всем" в 4-5 мес. наступает период "опасения всех, кроме мамы" и тех, кто всегда с ребенком. И еще, мне кажется, Вы ожидаете от ребенка быстрых результатов. А все дети разные. И "пока-пока" кто-то машет в 7 месяцев, а кто-то в полтора года.
Мой старший сын в 2 года 2 месяца знал и называл все цвета, даже оттеночные. А средняя дочь и в 3,5 года путала красный, зеленый и другие контрастные и непохожие цвета. При этом, она в остальном была обычным хорошо развитым ребенком. Мы даже подозревали у нее дальтонизм и страшно расстраивались.
Оба старших ребенка с "врожденной грамотностью", а младшая до сих пор путает ударения и часто образует слова неправильно. При том, что у нее великолепное математическое мышление, вообще технический ум и очень ловкие, умелые руки.
Сами не напрягайтесь, не ожидайте плохого. Просто продолжайте наблюдать и развивать. Успехов Вам! Здравствуйте, дорогие участники форума. Пожалуйста, поддержите советом и выскажите свое мнение о нашей ситуации. Моему сынишке всего 8,5 месяцев, но я подозреваю неладное и мне очень-очень страшно.
Постараюсь изложить свои мысли и опасения четко.
Родился Иван в 39 недель, 8/9 по шкале апгар. Роды в целом нормальные, но немного подзатянулся предпотужной период, ребенок родился с небольшими кровоизлияниями в глазках и на коже. Вечер провел в кювезе, утром мне его принесли. Нсг показало небольшую кисту, но к месяцу ее уже не было.
Развивается малыш в целом по стандартному календарю. Улыбка, комплекс оживления - все было вовремя, уже с недели или двух взглядом отлично фиксировал и прослеживал игрушку. Единственное, что немного беспокоило в первые месяцы, так это то, что ребенок не поворачивал голову в сторону источника звука (напрмер, игрушки) , слух проверили - все в норме, со временем эта проблема прошла.
Моторное развитие хорошее - в 5 месяцев пополз по пластунски (правда на предплечиях) в 7 месяцев ровно начал вставать, садится, иногда ползать на четвереньках немного, переодически стал ползать по пластунски, передвигая ноги и руки правильно - крест-на-крест (у нас покрытие пола керамогранит, поэтому, видимо, ребенку некомфортно ползать на четвереньках). Вообще в 7 месяцев резко возрасла двигательная активность.
Предречевое развитие. Ваня с месяца очень активно гулил, потом через месяц как-то затих. Потом через какое-то время снова появилось гуление. Потом снова тишина. Через какое-то время появился эдакий птичий язык с лепетом, потом снова пропал. Сейчас есть лепет, когда плачет, то кричит мамама, еще есть аба, ата, дя, тссс, абу и т.п. Что меня очень смущает - я никогда не замечала, что ребенок пытается за мной повторить звуки, хотя я очень много в этом направлении с ним занималась. Когда был маленький, то пугался резких бытовых звуков, сейчас этого не замечаю.
Взгляд. В глаза смотрит, но в основном недолго. Всякие мои песенки и потешки и стишки - все мимо, редко когда могу его хоть ненадолго привлечь его внимание. Хотя песенки из мультиков ему нравятся. Когда видит кого-то нового, то в глаза смотрит, улыбается, но потом как бы смущаяясь утыкается мне в плечо, причем это началось месяцев с 4ех. Чужим улыбается на улице и своим, но когда бабушка или дедушка пытаются его поцеловать, то отворачивается, хотя тактильный контакт любит. Иногда может пристально и давольно долго сиотреть в глаза.
На руки ни к кому, кроме меня не идет. Раньше хоть как-то мог побыть у папы на руках или у бабушки или дедушки, когда они приходили в гости, а сейчас это практически невозможно,только если очень хорошо отвлечь. Ищет глазами меня и выворачивается, тянет ко мне руки, плачет. Постоянно хочет сидеть у меня на руках, даже просто находится у него в поле зрения недостаточно, я должна либо сидеть рядом, либо носить на руках. Если я отхожу ползет ко мне и хватает за ноги. Редко может поиграть один.
Совместное внимание иногда проскакивает, но я не полностью уверена, что это оно. Например увидел что-то, ползет туда и несколько раз через плечо обернется и на меня смотрит. Я пытаюсь стимулировать такое поведение.
Сынок любит играть с мелкими предметами, моторика развита неплохо - подбирает мусоринки с пола, тычет в них указательным пальчиком, насыпаю ему на столик вареную гречку и он с трудом, но подбирает ее и кушает, увлекается этим занятием. Часто любит потеребить всякие мелкие детали на игрушках, веревочки. Играет с банкой из под смеси - туда сложены крышечки может их вытаскивать и обратно складывать. Вообще очень сложно его увлечь чем-то, несколько минут в лучшем случае. Отлично играет в куку, ищет меня, радуется, когда находит, снимает с меня платок, открывает мне руки, если я ими лицо закрывают, смеется, отлично ищет спрятанные игрушки. Пару раз играли в такую игру - я соску ему в рот вставляю, он вытаскивает и вставляет мне в рот и так несколько раз подряд, вместе смеемся. Может покрутить колеса или крутящиеся детали игрушек, но недолго. Любит поковырять всякие болтики.
Вообще ребенок очень живой, везде лезет, все ему интересно схватить, потрогать, открыть. В коляске с 5ти месяцев сидел ухватившись за поручни и все активно рассматривал, хотя его сотоварищи спокойно сидели облокотившись на спинки и вяло глядели по сторонам. Очень упорный в достижении своей цели, если что-то очень хочет, то будет совершать много попыток это заполучить.
Любит клянчить еду, которую кто-то ест, прям до крика если не даем.
Прослеживает предмет, который я показываю указательным пальцем,более того, иногда видя, что я куда-то пристально смотрю - прослеживает мой взгляд и тоже смотрит в туже сторону.
На имя стал отзываться не так давно, и то 8 из 10 раз повернется когда зову я. Если зовет кто-то другой, то реже поворачивается.
А теперь самое волнительное для меня:
1. Я не могу добиться от сына хоть какой-то имитации моих действий. Все привет-пока, ладушки, фонарики, сороки вороны - все мимо кассы. Начал раздражаться когда я его ручками пытаюсь хлопать или играть в пальчиковые игры. Когда я хлопаю в ладоши он не заинтересовывается. Всей семьей учим пока-пока, но все безрезультатно, он вообще почти не смотрит на человека, который уходит. Только встречает улыбкой. Есть пару моментов похожих на имитацию, но они сомнительны. Я подую в дудочку, дам ему - он тоже пытается дуть. Я поударяю ксилофон - он отнимет палочку и тоже поударяет
2. И второй очень пугающий меня момент, мне кажется, что сын не понимает обращенную к нему речь. Я уже месяц пытаюсь научить его искать глазками несколько предметов и успехи у нас малые. Иногда спрошу где лампочка, он поднимет голову, но чаще нет, вроде переводит взгляд на мишку, но тоже не в 100% случаев, тоже самое с еще несколькими предметами. Вроде понимает слово пить. Или вот сидит на стульчике и явно хочет ко мне на руки. Я спрашиваю: " Ваня, на ручки пойдешь?" Он не поднимает ручки, если же руки к нему протяну, то сразу тянет ручки.
У нас первый сын умер в 3, 5 года от тяжелого генетического заболевания и я знаю, что такое быть мамой ребенка инвалида. Честно, мне страшно до тошноты, ни о чем не могу думать. Чтобы быть увереными в здоровье сына мы пошли на эко с генетической диагностикой, и его рождение стало для нас шансом открыть новую счастливую страницу в нашей жизни. Если наш малыш болен, то я не представляю как мы сможем перенести этот удар. Пожалуйста, подскажите, на сколько мои опасения верны? В моём близком круге имеется такой ребёнок. Хочу сказать родителям не нужно отчаиваться, эти детки действительно другие, они отличаются от обычных деток, да есть много сложностей, но в чем то они даже превосходят обычных деток, конечно требуется огромная сила терпения для вкладывания в развитие и адаптации в социуме такого ребенка, но они в чем то даже гениальны. Родители нашего мальчика, которому на сегодня 6 лет, конечно многое отдали бы, чтобы он был простым обычным пацанчиком, но в тоже время я лично имея с ним общения постоянно поражаюсь его уму. Да он не ведёт такой диалог, как ведут обычные ребятишки его возраста, но он выдает такие умозаключения, которые меня могут поставить в тупик.
Родители и те у кого есть такие детки в окружении, просто любите таких иных, но замечательных деток. А любовь творит чудеса, быть может за такими детками великие открытия и наше с Вами спасение. Kolvas
мне кажется рано еще паниковать, начнете следить читать больше и накручивать себя, пока развивайтесь и общайтесь больше. удачи вам! Kolvas
Вы совершенно правы в том, что в 6 месяцев трудно оценить наличие аутичного расстройства. Но то, что вы обращаете на это внимание - отлично. Продолжайте общаться с ребенком и играть в игры по возрасту, если с ним действительно что-то не так, то какие-то признаки можно будет у видеть в год-полтора, не раньше. Добавлено спустя 22 минуты 56 секунд:

Добавлено спустя 2 минуты 43 секунды:

Опечатка-давился. Anisimovatg
ЭЭГ может быть удовлетворительным в возрасте год- потора, пока у ребенка не развита высшая нервная деятельность, и в возрасте 2-3 вдруг оказаться "плохим", потому что не включается кора, не начинают формироваться ассоциативне поля.
Пол-года не большое отставание в развитии.

У детей с РАС очень часто до определенного возраста синдром проникающего кишечника - gut leak, и поэтому проблема с пищеварением, едят не все и не все усваивают. Я так и не поняла сколько сейчас ребенку, для первого года жизни то что вы описываете на введение прикорма вариант нормы, на ГВ так и вообще мягкий стул, до 3 лет дозревает ферментативная система - надо смотреть на что ребенок реагирует, или механическое щажение применять. Мясо куском не может есть - сменить сорт и обработку. Овощи не пюрированные могут не усваиваться потому что зубов мало и жует плохо.

Ребенок любил погрызть яблоко в возрасте полутора лет, не жуя, естественно оно в таком виде кусочками его и покидало. llazy
Спасибо! Я наоборот переживаю что не могу обьять необъятное. Списалась с харьковскими генетиками, но там надо столько всего сдать. Пока не могу это осилить финансово. Я читала что при РАС часты откаты до 3 лет. Скажите что можно сделать еще чтобы подвинуть развитие и избежать откатов. Диету пока не хочу вводить. Молоко и так не даем. С жкт бывают странности: пища полупереваренная выходит и кал неоформленный. Пробиотик пьем, витамин Д3 тоже. Вот думаю еще над сосудистыми препаратами и может дуплексное сканирование сосудов шеи сделать? Есть такое обследование МРС головного мозга. Оно показывает биохимию ГМ. Как думаете, есть смысл делать? И что потом можно извлечь из результатов? Ноотропы охота подавать. Но боюсь эпи. Я так поняла что височные доли это риск. Вот сделаем ээг ночное, если будет чисто то рискнем. И я не понимаю. МРТ плохое, а Ээг написано что ритмы по возрасту. А задержка явно месяцев на 6. Как так?

Страница 2

Зачем нужны шипики - неизвестно. Число гипотез об их функциях огромно. Давайте посмотрим, что можно сказать о возможных функциях шипиков, исходя из геометрических соображений. При этом рассмотрим два ра-рианта: мембрана головки шипика невозбудима; мембрана головки шипика способна к генерации ПД.

Если же мембрана шипика возбудима, то он может работать как усилитель синаптической передачи. Из-за тонкости шейки входное сопротивление шипика очень велико и один синапс может вызвать в головке ПД, который пошлет в дендрит гораздо более сильный электрический ток, чем ток синапса. Интересно, что при таком режиме работы шипика должно существовать оптимальное сопротивление его шейки. Оно не должно быть слишком маленьким - тогда заметная часть синаптического тока будет утекать в дендритную веточку, сдвиг потенциала на мембране головки шипика не достигнет порогового значения и там не возникнет ПД. Но, с другой стороны, сопротивление шейки шипика не должно быть и слишком большим, иначе из головки шипика в дендрит будет течь слишком слабый ток и никакого усиления синаптического тока не получится. Недавно появились работы, показывающие, что геометрическая структура реальных шипиков близка к той, которая по теоретическим расчетам является оптимальной.

До сих пор мы говорили о форме волокон и клеток или даже микроструктур клеток - шипиков. Посмотрим теперь на геометрию клеточных объединений.

Изучение параметров АТФ-зависимого транспорта К+ в МХ печени сердца крыс с различной резистентностью к гипоксии
В работе были определены параметры АТФ-ингибируемого энергоависимого входа К+ в МХ крыс с различной резистентностью к гипоксии, а также низкоусточивых крыс после их адаптации интервальной нормобарической гипоксической тренировкой. Как сле...

Возникновение жизни на планете
Существуют и другие представления о возникновении нашей планеты и жизни на ней. Вот одно из них. Возникновению живого вещества на Земле (и, как можно судить по аналогии, на других планетах) предшествовала довольно длительная и сложная эво...

Сегментарное строение спинного мозга, особенности внутреннего строения
Спинной мозг имеет сегментарное строение. Каждый сегмент «закреплен» за определенным участком кожи, группой мышц, сухожилий и костей. Всего таких сегментов - 32: шейных - 8, грудных - 12, поясничных и крестцовых по 5, копчиковых - 2. Зака...