Образы в мозгу – проявление электрического поля, формируемого нейронами.

Российские ученые совместно с зарубежными коллегами обнаружили новый механизм, с помощью которого в мозге регулируется электрическая активность нейронов. Чувствительные к кальцию калиевые ионные каналы помогают нейронной сети без искажений передавать высокочастотные сигналы. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Нейроны могут генерировать и поддерживать сверхвысокочастотные электрические разряды — их частота достигает 200 раз в секунду и выше. Контролируют этот процесс ионные каналы — белки, которые пропускают заряженные частицы (ионы) через мембрану нервных клеток. В результате в нейронах возникают электрические разряды, с помощью которых они «разговаривают» между собой.

При этом электрическая активность мембраны нейрона затихает не сама по себе. Чтобы прекратить электрический сигнал, нужно пропустить в клетку другие ионы и вернуть заряд мембраны к исходному значению. Для этого в конце каждого нервного импульса активируются калиевые каналы. От них зависит, насколько быстро мембрана нейрона восстановится и будет готова снова генерировать нервный импульс, а значит, и с какой частотой нейрон сможет передавать сигналы по своему аксону к другим нейронам сети.

Существует несколько типов калиевых каналов с разными функциям. Авторы исследования изучили каналы BK-типа, чувствительные к внутриклеточному кальцию. Они активируются не сразу, а только после одного или нескольких электрических импульсов, когда в клетку уже начинает поступать кальций. Это помогает нейронам поддерживать высокую калиевую проводимость даже при серийных разрядах, когда основной тип калиевых каналов уже не действует. BK-каналы могут «чувствовать» кальциевый сигнал в «межнейронных передатчиках», синапсах, с помощью которых нейроны посылают химические сигналы по цепочке друг другу.

Ученые из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН и Университета Сассекса выяснили, как ВК-каналы влияют на электрический импульс в нейронах. Оказалось, что когда эти каналы открываются, отдельные всплески электрического потенциала становятся короче. Дело в том, что эти каналы располагаются близко к синапсам. Когда с помощью этих передатчиков сигнал переходит от одного нейрона к другому, рядом с ними повышается содержание кальция. ВК-каналы тут же на это реагируют и открываются, сквозь мембрану нейрона начинают проходить ионы калия и сигнал очень быстро затухает. В результате нейроны могут без искажений передавать друг другу очень короткие импульсы.