Нейробиологи Массачусетского технологического института обнаружили механизм, с помощью которого нейроны головного мозга обеспечивают баланс между стабильностью и гибкостью для сохранения знаний и адаптации к новым условиям. Результаты работы опубликованы в журнале Cell Reports.
В ходе исследования ученые выяснили, что пирамидальные нейроны сенсорной коры мозга содержат синапсы, которые обладают различной степенью пластичности. Некоторые из этих синапсов сохраняют свою гибкость, в то время как другие стабилизируются и больше не подвержены изменениям, что позволяет клеткам одновременно запоминать ключевые особенности мира и адаптироваться к новым условиям.
Для проведения исследования команда изучала синапсы пирамидальных нейронов, взаимодействующих с таламусом через дендритные отростки. Используя электрическую стимуляцию и визуализацию молекул, они оценивали электрический потенциал клеток и содержание нейротрансмиттеров, чтобы определить, как синапсы реагируют на стимуляцию.
Результаты показали, что синапсы в области апикального дендрита не изменяют свою силу в ответ на активность, в отличие от других синапсов тех же клеток. Это связано с отсутствием у этих синапсов рецепторов NMDA, которые обычно участвуют в процессах обучения и памяти, что делает их устойчивыми к изменениям.
Такая стабильность необходима для передачи первичной визуальной информации от таламуса к пирамидальным нейронам. Эти синапсы обеспечивают точное считывание визуальных данных, что помогает мозгу распознавать базовые визуальные сигналы, такие как формы и линии.
Результаты исследования могут помочь в разработке искусственных нейронных сетей, способных запоминать ранее усвоенные решение задач без их катастрофического забывания при обучении новым функциям. При катастрофическом забывании нейронные сети, обучающиеся решению новой задачи, теряют способность выполнять предыдущую задачу.