Эфаптические поля: как новый механизм мозга меняет понимание сознания

В центре современной нейробиологии — нейроны, специализированные клетки, составляющие основу нашего мозга. Учёные полагают, что восприятие, память, когнитивные процессы и даже сознание объясняются работой миллиардов таких нейронов, генерирующих маленькие электрические импульсы. Эти сигналы, которые передают в мозг болевые и другие сенсорные ощущения, теоретически способны объяснить все аспекты сложного человеческого сознания, хотя точные детали «нейронного кода» пока неизвестны.

Считается, что нервные импульсы, проходящие через клетки мозга, являются основной формой передачи информации. Однако некоторые исследователи полагают, что феномен «эфаптических» полей может играть не менее важную роль. В этом случае речь идет об электрических полях, которые возникают в процессе работы нейронов и влияют на мозг без участия классических синаптических связей.

Понятие « нейронного кода », описывающее работу нервных клеток по принципу «всё или ничего», впервые появилось в США в 1943 году и с тех пор стало основой для исследований в области нейронауки. Однако точные механизмы сознания всё ещё остаются загадкой. По мнению некоторых учёных, наряду с традиционным способом передачи сигнала, в мозге могут существовать и альтернативные пути взаимодействия, такие как эфаптические связи. Эти эффекты связаны с электромагнитными полями, которые образуются при активной работе нейронов.

Например, некоторые нервные клетки сетчатки передают информацию без классических синапсов. Они используют особый вид электрической диффузии, который позволяет мгновенно передавать сигнал в зрительный нерв, обеспечивая высокую скорость и пропускную способность. Это важнейший механизм для зрения, который работает без «классического» нейронного импульса.

Значительные эксперименты в области эфаптических взаимодействий были проведены в 2019 году в лаборатории Доминка Дюрана в университете Кейс Вестерн Резерв. Учёные обнаружили, что срез мозга мыши, даже после полного разрыва связей, сохранял стабильный уровень электрического потенциала. При этом влияние эфаптического поля сохранялось на расстоянии до 400 микронов, после чего значительно уменьшалось.

Скорость распространения эфаптических сигналов по серому веществу может превышать скорость обычного импульса в 5000 раз, что делает этот механизм потенциально намного более эффективным для обработки информации. Если бы мозг полностью использовал эту способность, объём информации, передаваемой с помощью эфаптических полей, мог бы в разы превышать возможности обычных нейронных связей.

Хотя синоптические импульсы остаются важными для таких функций, как движение и восприятие звуков, огромная информационная плотность эфаптических полей и их распространённость в мозге указывают на то, что эволюция могла использовать их для выполнения сложных задач. Примером служат исследования Уолтера Фримена из Калифорнийского университета, который ещё в 2006 году утверждал, что традиционная скорость синапсов не объясняет быстроту когнитивных процессов.

Недавние публикации, включая исследования Коста Анастассиу из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Христофа Коха, подтверждают , что эфаптические эффекты могут быть основным механизмом для быстрой координации, необходимой для сознания, даже без участия быстрых синаптических связей. Эти выводы предполагают возможность новой научной парадигмы, которая может изменить понимание того, как работают мышление и сознание.