Новая смелая гипотеза предполагает, что электрические поля, генерируемые нейронами в мозге, могут, в свою очередь, влиять на его молекулярную инфраструктуру, позволяя нашему мозгу функционально адаптироваться к окружающему миру. Объединив данные своих и других лабораторий, авторы представляют свою теорию как объяснение того, как высокоуровневые мыслительные процессы могут возникать из взаимодействия миллионов отдельных клеток.
Мозг состоит из множества нейронов, которые соединяются в более крупные цепи и сети. Синапсы — соединения между двумя нейронами — формируются миллионами в раннем возрасте, а затем подрезаются по мере совершенствования функций мозга. Фактическая передача информации по этим сетям происходит посредством ритмических волн электрической активности, которые многие люди называют мозговыми волнами.
Именно эти волны и регистрируются врачами при проведении электроэнцефалографии (ЭЭГ), причем волны разной частоты связаны с различными функциями — например, некоторые волновые паттерны наблюдаются только во время сна.
Соавтор исследования Эрл К. Миллер из Института Пиковера при Массачусетском технологическом институте недавно опубликовал работу, в которой предположил, что мозг участвует в так называемых «пространственных вычислениях». Манипулируя ритмами мозга в определенных областях коры, мозг может отслеживать множество различных компонентов в своей рабочей памяти, что позволяет нам выполнять сложные задачи, требующие жонглирования многочисленной информацией.
Новая статья идет дальше, объединяя эти исследования с другими работами для создания теории цитоэлектрической связи.
«Мозг адаптируется к меняющемуся миру», — пояснил первый автор работы Димитрис А. Пинотсис в своем заявлении. — «Его белки и молекулы тоже меняются. Они могут иметь электрические заряды и должны догонять нейроны, которые обрабатывают, хранят и передают информацию с помощью электрических сигналов. Взаимодействие с электрическими полями нейронов кажется необходимым».
Уже есть доказательства того, что электрические поля могут воздействовать на нейроны на молекулярном уровне. Эфаптическая связь — это форма коммуникации между нейронами, которая не зависит ни от химических веществ, перемещающихся через синапс, ни от электрического заряда, проходящего через щелевой переход — скорее, это электрическое поле, создаваемое одним нейроном, влияет на соседние клетки.
Поэтому, зная, что мозг передает информацию через электрические поля, которые он генерирует, и зная, что эти поля могут влиять на то, как нейроны функционируют и работают вместе, авторы предположили, что мозг может использовать эти свойства для поддержания и контроля нейронных сетей.
Теория говорит о слоях активности, существующих в мозге, и о том, как верхний слой — электрические волны, распространяющиеся по регионам мозга — просачивается вниз и влияет на нижний слой — белковые молекулы, опосредующие функционирование отдельных нейронов.
«Электрические поля могут организовывать нейронную активность для формирования нейронных групп (энграмм), используемых для памяти и познания. Эта информация, передаваемая на молекулярный уровень с помощью электрических полей, может «настраивать» цитоскелет на эффективность, стабильность и обеспечивать когнитивную гибкость», — пишут авторы в своей статье.
В настоящее время все это лишь теория. Но исследователи заложили логическое обоснование своей идеи и теперь призывают других подхватить эстафету.
Как сказал Миллер: «Мы предлагаем гипотезу, которую может проверить каждый».
Статья Perspective опубликована в журнале Progress in Neurobiology.
Читайте также: Вселенная как мозг: космос развивается и учится