Нервный «элемент» внутреннего уха

Рука робота, удерживающая предмет. Фото Physorg

Более полувека назад англичанин Энтони Бёрджес поразил мир своим романом «Заводной апельсин». Автор сравнивал своего антигероя с часами. Возможно, Бёрджес что-то слышал о работе своих соотечественников А. Ходжкина и А. Хаксли, которые через год после выхода в свет книги получили Нобелевскую премию 1963 года за раскрытие механизма прохождения электрического импульса по аксону нейрона (длинному отростку, по которому сигнал идет от тела клетки к тем же мышцам).

Суть открытия, сделанного инженерами, в войну работавшими на флоте его величества, заключалась в том, что прохождение электрического импульса сопровождается транспортом ионов сквозь клеточную мембрану. Естественно, что ионный трафик требует энергии, поэтому после сигнала нейрон некоторое время пребывает в рефрактерном, или бездеятельном, состоянии.

Принцип работы нервных клеток, в общем-то, един: клетка получает сенсорные сигналы, перерабатывает их, после чего генерирует собственный импульс, уходящий по аксону к синапсу, или точке межклеточной коммуникации. Но дальше начинаются особенности нервных клеток, специализирующихся на разных видах восприятия. Одни из них «ощущают» запахи и вкусы, другие реагируют на фотоны света, генерируя оптические импульсы, уходящие по зрительному нерву в мозг, третьи же реагируют на механическое раздражение давления и прикосновения, что лежит в основе тактильной чувствительности.

К последним можно отнести и слуховые нейроны, также генерирующие нервные импульсы в ответ на механическое раздражение чувствительных волосков клеток, создаваемое волнами эндолимфы. Она заполняет спиральный канал, который похож на раковину улиток, благодаря чему нервный «элемент» внутреннего уха получил свое название.

Внутренняя клетка и три наружные (a); соприкосновение клеток с текториальной мембраной (показано голубым цветом) (b).  Иллюстрации Physorg

О внутренних и наружных волосковидных клетках внутреннего уха известно очень давно благодаря исследованиям с помощью электронного микроскопа. Но шведы обращают внимание коллег на то, что при подготовке препарата для электронного исследования нависающая над чувствительными волосками слуховых нейронов текториальная (кроющая) мембрана (ТМ) усыхает в размерах и теряет свою форму. Это делает понимание механической чувствительности с последующей генерацией слухового сигнала невозможным.

В Линчепинге обратили внимание на то, что ТМ прекрасно отражает зеленый свет, благодаря чему стало возможным исследование клеточных процессов. На протяжении полувека считалось, что с кроющей мембраной соприкасаются только волоски наружных слуховых нейронов. Однако шведы доказали, что в контакте с ней участвуют и внутренние. Теперь они работают над выявлением протеинов, участвующих в трафике кальциевых ионов, и полагают, что изучение механосенсорики нейронов внутреннего уха поможет дальнейшему усовершенствованию кохлеарных – улитковых – имплантов для слабо и вообще не слышащих людей.

Авторы обращают внимание и на «древность» слуховой нейросети, что облегчает ее исследование и моделирование. Последнее может оказаться весьма полезным при разработке роботов, механическая рука которых должна иметь надежную обратную связь с их «мозгом». Так, в Йельском университете (США) манипулятор робота научили держать и манипулировать между «большим» (Thumb) и «указательным» пальцами (Index) предметом неправильной формы и даже кубиком Рубика.