Нейробиология: настройка времени в слуховых аксонах

Как правило, аксоны (i.е. волокна, передающие сигнал) нейронов центральной нервной системы позвоночных покрыты слоями миелина, который служит своего рода изоляцией, улучшающей их свойства электропроводности. Фактически, богатое жирами миелиновое покрытие в основном состоит из клеточных мембран так называемых глиальных клеток, которые окружают аксон. Вдоль аксонов миелиновая оболочка регулярно прерывается структурами, называемыми узлами Ранвье, и ее изолирующий эффект гарантирует, что могут быть созданы потенциалы действия (i.е. передача сигнала может происходить) только на этих сайтах. Другими словами, потенциалы действия в миелинизированных аксонах распространяются скачкообразно, прыгая от узла к узлу через промежуточные изолированные участки или «междоузлия».

Обычно предполагалось, что скорость проведения потенциалов действия вдоль таких аксонов увеличивается с увеличением диаметра аксона и расстояния между последовательными узлами Ранвье.
Новое исследование, проведенное группой исследователей под руководством нейробиолога профессора Бенедикта Гроте, в сотрудничестве с коллегами из Университетского колледжа Лондона, опровергло эту идею ­- который цитируется в большинстве учебников по нейробиологии. «Наши результаты явно опровергают общепринятое мнение о том, что скорость передачи сигнала в миелинизированном аксоне нейронов позвоночных всегда увеличивается пропорционально длине междоузлий», — говорит Грот. Новые результаты опубликованы в свежем выпуске онлайн-журнала Nature Communications.
Наше чувство слуха зависит от преобразования входящих механических колебаний в электрические импульсы сенсорными волосковыми клетками внутреннего уха.

Затем импульсы передаются другими нейронами для дальнейшей обработки, которая сама по себе зависит от структурных характеристик аксонов, передающих сигнал. Поскольку оба уха кодируют данный акустический стимул одинаково, решающие сигналы для локализации звука возникают из того факта, что данный звук приходит раньше и воспринимается как более громкий « ипсилатеральным ухом » (тем, которое ближе к звуку). источник), чем стимул, который достигает « контралатерального » уха.

Следовательно, точная передача разницы во времени между реакциями двух ушей на заданный звук в вышестоящие центры обработки имеет решающее значение для точной локализации источника звука. По этой причине мозг должен быть способен кодировать минимальные различия во времени прихода сигналов на два уха. Это вычисление требует сложного набора взаимодействий между несколькими различными нервными клетками, которые передают эту информацию в форме потенциалов действия от внутреннего уха к слуховым нейронам в стволе мозга.

Гроте и его коллеги неожиданно обнаружили, что структурные адаптации, относящиеся к узлам Ранвье и промежуточным узлам слуховых нейронов в стволе мозга млекопитающих, играют решающую роль в настройке скорости и точности распространения сигнала по этим путям.
Точное моделирование аксональной геометрии
«Наше исследование выявило структурные различия в характере миелинизации их аксонов.

Аксоны, которые наиболее чувствительны к низкочастотным звукам, больше в диаметре, чем аксоны, которые реагируют на высокочастотные звуки, но ­- удивительно ­- их области междоузлий на самом деле короче ", — объясняет Гроте. Кроме того, компьютерное моделирование, проведенное исследователями, показало, что эти вариации морфологии аксонов должны влиять на скорость прохождения сигнала.

Последующие электрофизиологические измерения подтвердили, что аксоны, которые реагируют на низкочастотные тона, передают сигналы быстрее и с большей точностью.
«Наши результаты также противоречат широко распространенному предположению, что аксоны, выполняющие одну и ту же функцию, должны быть структурно идентичными, и что длина их междоузлий всегда пропорциональна диаметру аксона», — отмечает Грот. "Вместо этого, похоже, что между ними существуют систематические структурные различия, которые зависят от места происхождения сигналов и природы их целевых цепей."

Портал обо всем