Ничто так не раздражает нейробиолога, как разговоры о дендритных шипах на нейронах. Эти небольшие выступы мембраны и сократительной ткани украшают длинные апикальные усики возбуждающих пирамидных клеток в коре головного мозга. Они также обнаруживаются на нейронах подкорковых органов, но в любом случае задача состоит в том, чтобы сначала определить их функцию там, где они лучше всего видны. Исследователи из Института молекулярной патологии в Вене только что опубликовали статью в PNAS, в которой сообщают о своих недавних открытиях о шипах пирамидных клеток у живых, ведущих себя мышей. Они стремятся определить роль шипов и пластичности в целом в роли обучения и памяти.
Инструмент, который позволяет нейробиологам видеть шипы, – это двухфотонный микроскоп. Несколько лабораторий ранее использовали это устройство, чтобы попытаться определить, сколько изменений или, скажем так, движения происходит в позвоночнике во время формирования памяти. В других исследованиях основное внимание уделялось моторным областям коры головного мозга и исследованию позвоночника во время приобретения двигательных навыков. Венские исследователи интересовались актуальной в настоящее время темой о том, как воспроизведение воспоминаний сразу после их изучения (эпоха консолидации) или в какой-то момент намного позже влияет на саму память и ее предполагаемый молекулярный субстрат. Если бы только это было что-то хотя бы отдаленно возможное.
К счастью, исследователей это не остановило, и им действительно удалось наблюдать за мозгом мышей в течение длительных периодов времени, в течение которых проводились эксперименты, предназначенные для проверки обусловленности страха с помощью слуховых сигналов. Излишне говорить, что шипы приходили и уходили. На самом деле не существует идеальной метрики для определения позвоночника. Вообще концепция "Я знаю одного, когда вижу его" достаточно. Важный вопрос о шипах – как долго в среднем они сохраняются по сравнению с переходным периодом, когда они либо появляются, либо разбираются. Это сложная вещь для количественной оценки, потому что нет четких указаний о том, как мы должны присвоить номер конкретной конфигурации двумерной поверхности мембраны, искаженной в данном трехмерном пространстве.
Даже если бы такое число было под рукой, возникает еще одно осложнение: шипы – это не просто пассивно неподвижные электрические отсеки, они скорее двигаются, как и все остальное в мозгу, – и, вероятно, даже немного быстрее. Подергивание позвоночника, как известно, является явлением уже давно, даже Фрэнсис Крик несколько десятилетий назад кое-что сказал об этом особом любопытстве. Если шипы и более крупная топология нейропиля в целом фактически масштабируются в соответствии с изменением объема головного мозга на 60% за любой день – как мы теперь, кажется, уверены, – есть ли какая-нибудь удобная свеча в структуре, которая можно использовать для его определения?
Эмбриологи часто наблюдают за ядрами клеток, чтобы лучше понять, что происходит внутри развивающейся ткани. Это особенно полезно для тех синтетических тканей, как мышечные или костные предшественники, где границы клеток растворены. В нейронах гораздо больше интересных особенностей, чем те, которые можно было бы охарактеризовать только с помощью ядра. Полная нагрузка на позвоночник пирамидальной клетки может подтолкнуть несколько тысяч игл вверх. Хотя не каждый позвоночник содержит их, есть одна структура, которая наиболее точно определяет текущее состояние позвоночника и направление, в котором он движется, – наличие в нем резидентных митохондрий. Поговорка, "узнать нейрон по его митохондриям," возможно, еще не полностью, но понимание шипов через митоходриальный прокси может быть лучшим вариантом, который мы сейчас имеем в будущем.
Если память оценивается по массовому появлению или потере позвоночника, есть одно предостережение. Как бы то ни было, серое вещество коркового вещества уже заполнено. Если вы добавляете шипы, вам либо нужно убрать что-то еще, либо утолщать кору и коллапсировать желудочки и субдуральное пространство. Если вместо этого вы попытаетесь вручную выбрать, какие шипы соответствуют каким навыкам и воспоминаниям, то, что вы, по сути, делаете, – это попытка оценить движения термитов по поведению планетарных тел.
Точно так же есть один момент, который заслуживает внимания в отношении общей методологии запоминания, который может быть или не быть справедливым. Если и грубые намеки на экспрессию c-fos, и высокотехнологичное двухфотонное зондирование синаптических структур, таких же тонких, как позвоночник, предлагаются рядом друг с другом в качестве сопоставимых индикаторов памяти на молекулярном уровне, может быть некоторая причина для беспокойства. Ведя нашего 16-летнего ребенка на урок вождения, мы не обсуждаем одновременно и то, как ходить, и как управлять пассажирским самолетом на одном дыхании.