Пример дендрита главного нейрона (белый) и синаптических контактов (желтые стрелки) из интернейронов SOM1.
Обучение может происходить только в том случае, если определенные нейронные "тормоза" выпущены. Как выяснила группа под руководством Андреаса Люти из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера, процессы обучения в мозге динамически регулируются различными типами интернейронов. Новые связи, необходимые для обучения, могут быть установлены только в том случае, если тормозящие входы от интернейронов будут уменьшены в нужный момент. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature.
В течение нескольких лет большинство нейробиологов, изучающих процессы обучения, полагали, что новые связи, необходимые для обучения, могут быть установлены и, в конечном итоге, укреплены, только если определенные нейронные "тормоза" высвобождаются – процесс, известный как растормаживание. Также в течение некоторого времени предполагалось, что различные типы интернейронов могут участвовать в растормаживании. Интернейроны – это нервные клетки, которые окружают и через свои связи подавляют активность основных нейронов. Однако неясно, действительно ли эти типы клеток играют роль в растормаживании и как они контролируют обучение.
Андреас Люти и его группа из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера впервые продемонстрировали, как процесс обучения динамически регулируется определенными типами интернейронов.
В экспериментах Люти мышей учили ассоциировать звук с неприятным раздражителем, чтобы животные впоследствии знали, что произойдет, когда они услышат звуковой сигнал. Исследователи показали, что в процессе обучения звуковой стимул тормозил работу некоторых основных нейронов. Точнее, он вызывал активацию парвальбумин-положительных (PV +) интернейронов, опосредованно – через соматостатин-положительные (SOM +) интернейроны – к растормаживанию основных нейронов. Таким образом, последний стал восприимчивым к дальнейшим сенсорным входам. Если сразу после этого последовал неприятный раздражитель, то отпускали еще один тормоз. И снова были задействованы интернейроны PV +, но на этот раз основные нейроны были непосредственно расторможены. Штеффен Вольф, постдок группы Люти и первый автор публикации, объясняет: "Основные нейроны временно достигли уровня активации, позволяющего укрепить нейронные связи таким образом, чтобы животное могло усвоить связь между звуком и неприятным стимулом."
Люти комментирует: "Это первый раз, когда мы смогли так четко определить функцию определенных интернейронов в процессе обучения и показать, как последовательное растормаживание может способствовать этому процессу. Мы предполагаем, что интернейроны подавляют основные нейроны очень динамичным образом. Они как бы интегрируют состояние множества различных нейронных сетей, активируемых, например, сенсорным вводом, более ранним опытом или эмоциональными состояниями, и, таким образом, разрешают или препятствуют обучению. Я думаю, что эти результаты также представляют интерес в контексте условий, при которых процессы обучения нарушены или дисфункциональны, как в случае тревожных расстройств."