Учёные расширили представления о пластичности головного мозга. В случае необходимости даже специализированные двигательные нейроны можно научить выполнять абсолютно чуждые им функции.

Вибриссы крыс постоянно дрожат, улавливая мельчайшие движения воздуха, но при необходимости управляющие ими нейроны можно переучить на выполнение абсолютно других функций. (Фото Vlad Lazerian.)

Биоинженеры, разрабатывающие нейроуправляемые протезы, всегда сталкиваются с одной и той же проблемой: как осуществить связь между протезом и мозгом. Протез представляет собой некое электронно-механическое устройство, но управляющие сигналы к нему поступают от нервов. Проблема даже не в том, как перевести нейронные импульсы в электронные машинные сигналы. Во многих случаях, когда возникает потребность в таком протезе, у человека оказываются повреждены нервы в спинном или головном мозгу, отвечающие за руку или ногу. С другой стороны, нейроны мозга обычно имеют дело с другими нейронами, которые продолжаются в конечность и отвечают за работу мышцы. Но если вместо конечности у нас электромеханический протез, это значит, что мозговым нейронам нужно работать с таким «партнёром», с которым они никогда не сталкивались.

То есть задача состоит в том, чтобы переучить какие-то нейроны, заставить их выполнять несвойственные им функции. Возможно ли такое?

Нейрофизиологи из Калифорнийского университета в Беркли (США) уверены, что вполне возможно: в статье, опубликованной в журнале Nature, они описывают эксперимент, в ходе которого была произведена перенастройка нейронов крысы. Животных снабжали устройством, декодировавшим нейронные импульсы в звук. Этот прибор собирал информацию от нейронов, отвечающих за подёргивания крысиных вибриссов. Затем крысам ставили задание: они могли получить угощение, если звук, издаваемый декодирующей машиной, был определённой высоты.

За две недели животные научились управлять своими нейронами по звуку: активность моторных нервных клеток была именно такой, которая позволяла получить вознаграждение. При этом обычное возбуждение нейронов, соответствующее движениям усов, в данном случае оказывалось «неправильным» — звук был не той высоты. Крысы могли различать вид угощения: для подслащённой воды нейроны должны были «звучать» на высоких нотах, для еды — на низких.

Итак, нервные клетки ставились в совершенно неестественные условия — и, как показала практика, оказались вполне способны к перестройке. Как это получилось у крыс — загадка; если прибегнуть к весьма сомнительному сравнению, можно сказать, что крысы научились иначе «думать». В результате двигательные нейроны вибриссов перестали работать в привычной для них манере и начали генерировать совершенно новые импульсы, подчиняясь центрам пищевого поведения.

С теоретической точки зрения это чрезвычайно важный результат, значительно расширяющий представление о пластичности головного мозга. С практической же стороны это значит, что мозг обладает достаточной гибкостью, чтобы переучиться в случае необходимости на управление протезом. По мнению учёных, при должной тренировке эту работу могут взять на себя даже те нервные клетки, которые в норме ни с какими движениями не связаны.

Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Беркли.