homuncul

Другой способ связи нейронов - электрическое поле

Коммуникация нейронов в мозге осуществляется не только через синапсы, но и посредством электрических полей. Это значит, что взаимодействовать могут нейроны, не связанные друг с другом физически (аксонами-дендритами).

Прочно засевшая в сознании картинка устройства головного мозга – сеть, по которой проходят импульсы – вероятно, будет пересмотрена и дополнена новым механизмом общения нейронов. Про присутствие в голове электрических полей разной интенсивности известно давно, но они рассматривались, как правило, в качестве побочного эффекта возбуждений нервных клеток. Этим полям не приписывалось полезной функции (кроме как сообщать ученым об активности мозга по EEG).

Новый эксперимент, проведенный нейрофизиологами из Калифорнийского Технологического института (Caltech), показал, что внеклеточные электрические поля, генерируемые нейронами, изменяют характеристики потенциалов действия других нейронов. Фактически речь идет об открытии другого типа коммуникации поверх сети, независимого от синаптических соединений.

Статья опубликована в свежем Nature Neuroscience, возглавлял исследование Christof Koch, один из лидеров современной нейрофизиологии. Эксперимент потребовал довольно ювелирной работы: чтобы зарегистрировать эффект локальных полевых потенциалов, необходимо было разместить в нервной ткани крысы 12 электродов, расстояние между которыми не превышало толщину человеческого волоса. При этом электроды помещались внутри и снаружи нейронов. Это, в общем, объясняет, почему механизм удалось продемонстрировать только сейчас. По словам исследователей, наличие полей позволяет достичь синхронизации активности групп из тысяч нейронов.

Первый автор, Costas Anastassiou, говорит:

"I firmly believe that understanding the origin and functionality of endogenous brain fields will lead to several revelations regarding information processing at the circuit level, which, in my opinion, is the level at which percepts and concepts arise. This, in turn, will lead us to address how biophysics gives rise to cognition in a mechanistic manner—and that, I think, is the holy grail of neuroscience." -- press release

C.A. Anastassiou, R. Perin, H. Markram, C. Koch (2011) Ephaptic communication in cortical neurons. - Nature Neuroscience [Abstract], [PDF]

Таким образом, картина взаимодействия нейронов серьезно усложняется. При моделировании процессов прохождения импульсов в мозге придется учитывать не только синаптические связи, но и наложение полей – что представляется практически неподъемной задачей. Энтузиастов эмуляции мозга на компьютере искренне жаль.


Update. Практически следом еще одна новость, ломающая традиционные представления о работе нейрона! Rewrite the textbooks: Findings challenge conventional wisdom of how neurons operate -- PhysOrg
Сигнал по аксону идет в обратном направлении, нейроны возбуждаются в отсутствие стимуляции. И тоже в Nature Neuroscience.
> Энтузиастов эмуляции мозга на компьютере искренне жаль.

А почему, собственно? Физическое моделирование электромагнитных полей никаких принципиальных сложностей не представляет, уравнения Максвелла открыты в позапрошлом веке.
Конечно, было бы странно предполагать, будто потенциалы индукции не имеют никакого значения, но эксперимент, конечно, нужен был очень тонкий.
Мозг целостный. Квант целостный. Мозг это квантовое устройство. Не только как система в целом, но, уверен, и на квантовом уровне.

Мозг создает модель среды, в которой обитает. В силу того, что мозг строит модель сам, корректируя ее лишь информацией от органов чувств, мозг может достаточно далеко зайти в построении моделей. И ему легко сбиться в этом построении.
Я тоже думал, что мозг это квантовое устройство, пока не разобрался в квантовых устройствах.
Надо же, я как-то считал, что это очевидно и общепринято. Впрочем, эксперимент конечно потрясающий. Бедная крыса =)
В искусственных нейронных сетях очень часто используется функция соседства - то есть каждый нейрон оказывает некоторое влияние на всех соседей в определённом радиусе (без учёта синапсов). По сути простое сферическое поле вокруг каждого нейрона. А вот о том, чтобы учитывались эффекты интерференции я никогда не слышал. Интересно, они действительно существенны? Сделать-то не проблема, понять бы зачем...
я еще в книге от нейрона к мозгу читал про вне синаптическое,электрическое влияние соприкасающихся нейронов. здесь же поля...
Энтузиастов эмуляции мозга на компьютере искренне жаль.

и почему же. тогда искренне жаль желающих построить машину для игры в шахматы из 19 века, т.к. они не знали электричества.
на самом деле очень классный эксперимент. и как-раз то он приближает, а не отдаляет)
Поправьте меня, если я что-то пропустил
Методика, которую ребята использовали, с полпинка позволяла стимулировать внутриклеточно один нейрон и регистрировать активность нескольких других.

Т.е. интересный результат мог быть таким: вызванная внутриклеточной стимуляцией активность одного нейрона синхронизует спонтанную активность нескольких других (синаптическая передача при этом, как они и сделали, заблокирована).

Я не нашел в статье такого результата. Подозреваю, что ребята попробовали, но у них ничего не получилось.

Я к тому, что нового способа КОММУНИКАЦИИ НЕЙРОНОВ я в этой работе не увидел.

;-)
Re: Поправьте меня, если я что-то пропустил
Не, ну а как Вы определяете «коммуникацию»? Если думать о нейронах, как активных элементах, влияющих друг на друга, то, на мой взгляд, любое влияние — коммуникация. Включая и вот такое.

То, что объемное распределение потенциала должно влиять на активность, предполагается очень давно, а здесь проведен блестящий эксперимент, который это влияние подтверждает, и дает, кроме того, количественные оценки этому влиянию.
А людей, которые жалеют людей, моделирующих природные процессы на компьютере, жаль все-таки гораздо сильнее…
А известно, каков максимальный радиус действия этого электрического поля?
Там разные поля, поэтому будут разные цифры. То, что измерялось в эксперименте - сотни микронов.