Существует странное различие между мозгом человека и мозгом других млекопитающих

Группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружила, что по сравнению с другими млекопитающими человеческий мозг имеет гораздо меньшее количество нейронных каналов, которые обеспечивают поток ионов, таких как кальций, калий и натрий.

Этот поток создает электрические импульсы, которые позволяют нейронам общаться друг с другом; меньшее их количество может означать, что человеческий мозг может работать более эффективно, перенаправляя ресурсы на более сложные когнитивные функции.

"Предыдущие сравнительные исследования показали, что человеческий мозг устроен так же, как мозг других млекопитающих, поэтому мы были удивлены, обнаружив убедительные доказательства того, что человеческие нейроны особенные", - говорит нейробиолог Лу Болье-Ларош из Массачусетского технологического института.

Семена этого открытия были посеяны в 2018 году, когда Болье-Ларош и его коллега Марк Харнет из Массачусетского технологического института провели исследование, сравнив мозг крысы с мозгом человека.

Одно из их открытий касалось дендритов - ветвящихся структур на кончиках нервных клеток, через которые в мозг поступают электрические импульсы через ионные каналы. Отсюда дендрит генерирует то, что мы называем потенциалом действия, который передает сигнал дальше.

Сравнивая мозги двух видов, исследователи обнаружили, что в дендритах человека плотность этих ионных каналов заметно ниже, чем в дендритах крысы. Это заслуживает дальнейшего изучения.

Новое исследование было расширено до 10 видов: землеройка, мышь, песчанка, крыса, хорек, морская свинка, кролик, мартышка, макака и, конечно, человек, с использованием образцов тканей, взятых у пациентов с эпилепсией во время операции на мозге.

Анализ физической структуры этих мозгов показал, что плотность ионных каналов увеличивается с ростом размера нейронов, за одним заметным исключением - человеческий мозг.

Исследователи пришли к выводу, что плотность ионных каналов поддерживается в диапазоне размеров мозга; таким образом, хотя у землеройки в данном объеме мозга больше нейронов, чем у кролика или макаки, плотность ионных каналов в этом объеме неизменна.

"Этот строительный план соответствует девяти различным видам млекопитающих", - сказал Харнетт. "Похоже, что кора головного мозга пытается сохранить количество ионных каналов на единицу объема одинаковым у всех видов. Это означает, что для данного объема коры энергетические затраты одинаковы, по крайней мере, для ионных каналов".

Исключительно низкая плотность ионных каналов в человеческом мозге бросается в глаза, если сравнивать его со всеми другими мозгами.

Конечно, все сравниваемые животные были значительно меньше человека, поэтому, возможно, стоит протестировать образцы еще более крупных животных. Однако макака часто используется в исследованиях в качестве модели человеческого мозга.

Исследователи подозревают, что для человека возможен эволюционный компромисс - это когда биологическая система теряет или уменьшает какой-либо признак ради оптимизации в другом месте.

Например, для прокачки ионов через дендриты требуется энергия. Минимизировав плотность ионных каналов, человеческий мозг, возможно, смог направить сэкономленную энергию в другое русло - возможно, в более сложные синаптические связи или более быстрые потенциалы действия.

"Если мозг может экономить энергию за счет снижения плотности ионных каналов, он может потратить ее на другие процессы в нейронах или цепях", - объясняет Харнетт.

"Мы думаем, что люди эволюционировали из этого строительного плана, который ранее ограничивал размер коры головного мозга, и они нашли способ стать более энергетически эффективными, чтобы тратить меньше АТФ [энергетических молекул] на объем по сравнению с другими видами".

По словам исследователей, это открытие открывает интригующий путь для дальнейшего изучения. В будущих исследованиях команда надеется изучить эволюционное давление, которое могло привести к такому различию, и определить, куда именно уходит дополнительная энергия мозга.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.