Китайским исследователям впервые удалось заснять момент, когда нейроны соприкасаются, словно обмениваясь коротким «поцелуем». Этот миг длится тысячные доли секунды, но именно он запускает передачу сигналов в мозге.
Созданная ими нанокамера способна фиксировать процессы в масштабе миллиардных долей метра и тысячных долей секунды. Благодаря этому удалось подтвердить, как именно микроскопические пузырьки внутри нейронов — везикулы — выпускают химические вещества, с помощью которых клетки «разговаривают» между собой.
Полвека специалисты спорили, полностью ли эти пузырьки сливаются с мембраной или касаются ее на миг и возвращаются обратно. Новое наблюдение показало, что обе версии верны частично. Везикула сначала создает крошечное отверстие шириной около 4 нм, высвобождает часть нейромедиатора, затем уменьшается и либо отделяется, либо полностью сливается.
Авторы работы из Университета науки и технологий Китая и Института передовых технологий в Шэньчжэне разработали установку, сочетающую криоэлектронную томографию, сверхбыстрое замораживание и оптогенетическую стимуляцию — активацию нейронов светом. Это позволило «заморозить» разные фазы реакции с шагом в несколько миллисекунд и собрать более тысячи томограмм. Камера имеет временное разрешение до 0,3 мс и пространственное — порядка нанометра. Благодаря этому можно наблюдать процессы в живых клетках в режиме реального времени.
Так родилась модель «kiss-shrink-run» — «поцелуй-сжатие-отход». Она описывает гибридный механизм: быструю и экономную передачу сигнала, где нейрон не тратит лишние ресурсы на создание новых везикул, а использует те же структуры повторно. Этот принцип объясняет, почему мозг способен обрабатывать миллионы импульсов за секунду без перегрузки.
По словам специалистов, метод можно применить и для изучения других молниеносных процессов: проникновения вирусов в клетку, выброса гормонов или работы иммунных рецепторов. Теперь у нас есть шанс по-новому взглянуть на причины нейродегенеративных расстройств, связанных с нарушением передачи сигналов, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
Работа опубликована в журнале Science и уже названа одним из важнейших достижений в нейровизуализации последнего десятилетия. Ученые надеются, что эта технология станет базой для новых диагностических инструментов и поможет лучше понять, как мозг кодирует мысли и эмоции.
Ранее мы писали о факторе, ведущем к истончению коры мозга.
