Опыт и нейронные связи - взаимосвязь

Опыт, действительно, может влиять на формирование мозга до рождения, что ясно демонстрируют исследования развивающейся зрительной системы. Простой пример может проиллюстрировать всю анатомическую сложность соединения зрительных рецепторов в сетчатке глаза с остальной зрительной системой.

Представьте, что каждый студент в большой лекционной аудитории смотрит на переднюю часть комнаты (поле зрения) через небольшую картонную трубку, например пустой рулон от бумажных полотенец. Если каждый студент смотрит только прямо вперед, он или она увидят лишь небольшую часть комнаты, или, другими словами, небольшую часть всего зрительного поля.

По сути, так работают нейроны фоторецепторов сетчатки глаза. Каждый фоторецептор видит только небольшую часть поля зрения. Проблема состоит в том, чтобы собрать все части вместе, сформировав единую картину. Для этого рецепторы, как и студенты, сидящие рядом и видящие смежные изображения, должны посылать информацию в соседние области соответствующих частей зрительной системы мозга, например в средний мозг. Как они справляются с этим?

Роджер Сперри (1963) предложил гипотезу хемоаффинности, идея которой состояла в том, что определенные молекулы в различных областях среднего мозга придают каждой клетке отличительную химическую идентичность. Таким образом, каждая клетка имеет идентифицируемую биохимическую метку.

К примеру, аксоны ищут конкретные химические вещества, такие как тропные факторы, обсуждаемые в отдельной статье на сайте (просим пользоваться формой поиска выше), и, следовательно, прорастают в правильную область среднего мозга.

Многие исследования показали, что этот процесс протекает внутриутробно, по мере развития глаз и мозга. Но, проблема заключается в том, что химический сигнал направляет аксоны только в определенную область. Возвращаемся к отросткам двух соседних клеток сетчатки. Как теперь им занять правильное положение относительно друг друга?

Вот тут на помощь и приходит послеродовой опыт: считается, что тонкая настройка нейронных контактов зависит от нейронной активности. Поскольку соседние фоторецепторы, как правило, активируются одновременно, они имеют тенденцию формировать синапсы на одних и тех же нейронах среднего мозга после того, как аксоны проросли в одну область среднего мозга благодаря хемоаффинности.

На рисунке 1 представлена иллюстрация данного процесса. Нейроны А и G вряд ли будут активироваться одним и тем же стимулом, поэтому они редко запускаются синхронно. Нейроны А и В, напротив, могут быть активированы теми же самыми стимулами, что и В, С. Благодаря этой одновременной активности нейронов с течением времени аксоны этих нейронов в конечном итоге сформируют связи правильным образом.

Рисунок 1. Хемоаффинность в зрительной системе. Нейроны от А до G проецируются из сетчатки в тектум среднего мозга. Активность соседних нейронов (скажем, С и D) с большей вероятностью будет схожая, по сравнению с активностью далеко расположенных друг от друга нейронов, таких как А и G. В результате соседние нейроны сетчатки с большей вероятностью образуют постоянные синапсы на одних и тех же нейронах тектума. Используя химические сигналы, аксоны прорастают до приблизительного места в тектуме (вверху). Со временем связи становятся более точными (внизу)

Что же происходит с аксонами, исходящими от фоторецепторов правого и левого глаза? Хотя генерация нервных импульсов от обоих глаз может происходить одновременно, нейроны одного глаза будут активированы вместе с большей вероятностью, чем клетки разных глаз.

В конечном итоге входные данные от двух глаз имеют тенденцию организовываться в нейронные полосы, называемые зрительными колонками, которые представляют одну и ту же область пространства в каждом глазу, как показано на рис. 2, слева. Таким образом, формирование этих сегрегированных кортикальных колонок зависит от совпадения электрической активности в аксонах.

Рисунок 2. Глазодоминантная колонка. Обычно в постнатальном периоде развития кошки аксоны из каждого глаза попадают в кору головного мозга, где формируют обширное терминальное ветвление. (L — левый глаз; R — правый глаз)

А что происходит при аномалиях, например если один глаз закрыт в критический период развития? Тогда формирование нейронных связей не будет должным образом зависеть от опыта. Как показано на рис. 2, справа, эффект наложения швов на один глаз оказывает наиболее разрушительное воздействие на корковую организацию зрительной системы у котят между 30 и 60 днями после рождения.

Если у малыша «ленивый глаз», то визуальный сигнал от этого глаза не участвует в тонкой настройке нейронных связей. Таким образом, эти связи формируются с нарушениями, как если бы глаз был закрыт, вследствие чего происходит потеря резкости, или амблиопия.

В заключение можно сказать, что в генетически детерминированной схеме строения организма отсутствуют точные данные о формировании связей между отдельными нейронами. Тонкую настройку этих связей можно менять, просто изменив какие-то детали.

- Вернуться в оглавление раздела "Нейрофизиология"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 7.9.2023