Новый язык клеток? Обнаружены неизвестные клеточные вычисления

Учёные из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST) и проекта Blue Brain EPFL (Швейцария) представили новую теорию. Она описывает возможный "секретный язык", который клетки используют для внутреннего диалога о внешнем мире.

Согласно их вычислительной модели, метаболические пути, основной задачей которых является извлечение энергии и строительных молекул из глюкозы для питания мозга, могут также кодировать информацию о нейромодуляторах. Эти химические посредники стимулируют рост энергопотребления.

Если это подтвердится, это откроет почти бесконечные возможности для обработки информации в нервной системе и вычислений на уровне отдельных клеток. Такой механизм также может объяснить выдающуюся энергоэффективность мозга.

В исследовании, опубликованном в Journal of Theoretical Biology, сотрудники KAUST и Blue Brain Project с помощью модели астроцитарного энергетического метаболизма показали, как теория и моделирование работают в тандеме. Астроциты — это звездообразные глиальные клетки центральной нервной системы.

Авторы подтвердили правдоподобность гипотезы: энергетический метаболический путь может кодировать информацию и передавать детальные характеристики стимулов (например, их интенсивность и продолжительность), помимо своих известных функций в энергетическом и молекулярном бюджете клетки. Стимулами могут быть, например, волны нейромодуляторов.

Учитывая, сколько метаболических путей активны одновременно, эти механизмы могут значительно расширить вычислительные возможности нейронов. Это даёт им расширенный инструментарий для адаптации и принятия решений.

Соавтор работы, профессор Пьер Магистретти (KAUST), отметил: "Моделирование метаболизма глюкозы в астроците под действием нейромодуляторов предполагает, что метаболические пути способны на большую обработку информации, чем мы думали. У отдельных клеток, вероятно, ещё есть нераскрытые трюки".

Ведущий автор исследования Джей С. Когган (Blue Brain) пояснил: "Наша модель показывает, как метаболический путь может преобразовывать внешние стимулы в профили производства энергоносителей (например, лактата) с точностью, выходящей за рамки простой передачи или усиления сигнала. Такие пути могут быть идеально расположены для кодирования дополнительного уровня информации о потребностях клетки. Эта гипотеза имеет значение для вычислительной мощности и энергоэффективности мозга".