Шанс есть! Наука удачи, случайности и вероятности

Несколько лет назад нейробиологи обнаружили, что это не так. Измерение электрической активности индивидуальных проективных нейронов показывает: иногда они реагируют не только на те запахи, которые воспринимаются их ОРН.

Но как же им это удается? Ведь каждая гломерула получает сигналы лишь от одного типа ОРН? Работая в Йельской школе медицины несколько лет назад, Мизенбок и его коллега Юхуа Шань сумели распутать эту загадку.

Они взяли мутантную муху, лишенную всех ОРН, которые должна были соединяться с определенной гломерулой, и стали выяснять, получает ли сигналы соответствующий проективный нейрон. В результате Мизенбок и Шань обнаружили неизвестную прежде сеть промежуточных нейронов (интернейронов), связывающих гломерулы друг с другом и передающих сигналы между ними. Такие «локальные возбуждающие нейроны», по-видимому, дают проективным нейронам своего рода диффузный стимулирующий сигнал, когда в среде присутствует определенный запах.

Это позволило решить одну проблему, но тут же возникла другая: зачем добавлять что-то к системе, если такое добавление означает утрату точного однозначного соответствия обонятельных рецепторов и проективных нейронов? «На первый взгляд, это противоречит интуитивным предположениям, – говорит Мизенбок. – Зачем размывать четкий, хорошо обособленный сигнал, делая его более шумным?» Он выдвинул гипотезу, согласно которой этот шум появился по определенным причинам. Возможно, локальные возбуждающие нейроны «намеренно» вводят шум в систему, тем самым используя стохастический резонанс для того, чтобы слабые запахи удавалось легче улавливать.

Вполне разумное предположение, если учесть, что происходит с поступающим сенсорным сигналом дальше. Проективные нейроны посылают сигналы другим нейронам, которые называются клетками Кеньона и располагаются в грибовидном теле – области мушиного мозга, задействованной в процессах обучения и запоминания. Каждая клетка Кеньона получает сигналы от многих проективных нейронов, но у этих клеток весьма высокий порог активации, так что они активируются, лишь когда большое количество проективных нейронов, поставляющих им сигналы, возбуждается одновременно. Если принять во внимание, что проективные нейроны чаще активируются в ответ на «свой» запах, а не на другие, можно сделать вывод, что каждая клетка Кеньона тоже активируется лишь в ответ на один определенный запах, так что избирательность и специфичность системы сохраняется.

А потом группа Мизенбока нашла статью 1983 года, написанную Александром Борстом из Института нейробиологии Общества Макса Планка. В этой статье описывалась сеть локальных ингибирующих нейронов, соединяющая гломерулы. По мнению Мизенбока, такие нейроны могли бы оказывать действие, противоположное действию его возбуждающих нейронов, тем самым приглушая мощные сигналы, поступающие от ОРН.

Зачем вообще идти на такие хлопоты – усиливать слабые сигналы и ослаблять сильные? Мизенбок предполагает: это нужно для того, чтобы сглаживать крайности в концентрации запахов. Он поясняет: «Вы должны иметь возможность почувствовать аромат розы и распознать его именно как аромат розы и при очень малых концентрациях запаховых молекул, и когда вам под нос тычут распустившийся цветок. Поэтому должен существовать какой-то механизм, который нивелировал бы вариации, связанные с разной концентрацией запаховых молекул. Как нам представляется, он-то и работает на промежуточном этапе обработки обонятельного сигнала».

Группе Мизенбока еще предстоит как следует доказать свою гипотезу «полезного шума», но ученые работают над этим. Упражняясь с локальными нейронами, они надеются выяснить, как менять уровень шума. Мизенбок предполагает: уменьшение уровня шума или полное его подавление снизит вероятность того, что слабые запахи будут активировать клетки Кеньона. Согласно еще одному его прогнозу, поведение дрозофил при этом также будет отражать снижение чувствительности насекомых к слабым запахам, а это можно показать экспериментально, следя за тем, насколько мухи избегают неприятных для них запахов.

Впрочем, такие манипуляции требуют немалой изощренности – отчасти из-за того, что ученые пока понятия не имеют, сколько вообще локальных нейронов в мозгу дрозофилы. Им придется модифицировать большинство этих нейронов, если они хотят увидеть искомые эффекты.

Если ученые преуспеют в этом, следующим шагом станет попытка показать, что нечто подобное происходит и в мозгу млекопитающих. Но отыскать там генерирующую шум клетку, напоминающую локальный нейрон дрозофилы, будет чрезвычайно трудно, полагает Томас Клаусбергер, также работающий в Оксфорде. Сейчас Клаусбергер выявляет все новые и новые разновидности промежуточных нейронов в крысином гиппокампе – структуре, которую сравнивают с грибовидным телом мозга насекомых, поскольку она тоже играет важную роль в процессах обучения и запоминания. Ученый подчеркивает, что одна только эта область содержит не меньше 21 различного типа интернейронов.