22.01.2018

В нейронах обнаружили «наноантенны» и «оптоволокно»

Междисциплинарной команде учёных из Италии удалось сформулировать новую гипотезу, объясняющую механизм нейротрансмиссии (передачи нервного импульса по аксонам, длинным «хвостам» нейронов). По мнению авторов исследования, важную роль в этом процессе играет высвобождение и передача фотонов инфракрасной и видимой части спектра.

Результаты работы опубликованы в издании Scientific Reports.

Согласно широко известной теории, за создание которой сэр Эндрю Хаксли (Andrew Huxley) был удостоен Нобелевской премии, нейротрансмиссия осуществляется при помощи последовательной активации специальных ионных каналов, расположенных в мембранах аксонов. Некоторые аксоны покрыты липидным «чехлом» из миелина, причём в некоторых местах слой миелина прерывается, образуя так называемые перехваты Ранвье. Миелиновый слой формируется так называемыми шванновскими клетками, или леммоцитами. Скорость передачи нервного импульса в миелинизированных волокнах гораздо выше, чем в безмиелиновых. В действительности импульс как бы «перепрыгивает» от одного перехвата Ранвье к другому, реализуя принцип «скачущей проводимости».

Шванновские клетки (леммоциты) — вспомогательные клетки нервной ткани, которые формируются вдоль аксонов периферических нервных волокон. Создают, а иногда и разрушают, электроизолирующую миелиновую оболочку нейронов. Выполняют опорную (поддерживают аксон) и трофическую (питают тело нейрона) функции. Описаны немецким физиологом Теодором Шванном в 1838 году и названы в его честь.

В рамках нового исследования описывается модель, согласно которой информация передаётся по нервным волокнам при помощи электромагнитного излучения, используя видимую и инфракрасную части спектра. Несмотря на то, что «фотонный транспорт» сигнала в нервных волокнах подтверждён экспериментально, гипотез, описывающих источник этого излучения, ранее не было.

Авторы работы продемонстрировали, что специфическое расположение ионных каналов в перехватах Ранвье превращает их в наноантенны, способные излучать электромагнитные волны в видимом и инфракрасном спектрах.

Пространственная конфигурация этих ионных каналов позволяет испускать максимально концентрированное излучение по направлению к миелинизированному сегменту, играющему роль оптоволокна.

Новая концепция, согласно которой источником фотонов, перемещающихся по аксонам, являются ионные каналы в перехватах Ранвье, привела к интеграции ранее существовавшей «электрической» теории нейротрансмиссии с новыми «электромагнитными» механизмами.

Кроме того, авторы полагают, что новая парадигма может быть объяснена с эволюционной точки зрения. Во-первых, оптическая передача сигнала позволяет транслировать больше информации, нежели электрическая — это утверждение легко проверить, сравнив передачу данных по медным телефонным кабелям и по оптоволокну. А значит, оптическая нейротрансмиссия может, наряду с другими известными факторами, объяснить громадный эволюционный скачок по направлению к формированию сложно организованного интеллекта. Во-вторых, новая гипотеза хорошо описывает сосуществование двух (электрического и электромагнитного) способов передачи информации в нервной системе. Ещё Дарвин утверждал (а учёные-эволюционисты впоследствии подтвердили), что такая ситуация нередко встречается в природе.

Новая гипотеза требует дополнительного экспериментального подтверждения. Теоретически, в будущем она может помочь разобраться с такими сложными механизмами, как сознание, воля и память.

Интересно в новой работе и то, что природа эффективно использовала «антенны» и «оптоволокно» задолго до того, как человеческий интеллект изобрёл их и применил их в телекоммуникациях.

Анна Керман

Источники:

1. 22century.ru