Ефаптични полета: Как един нов мозъчен механизъм променя разбирането ни за съзнанието

В центъра на съвременната невробиология са невроните – специализираните клетки, които са в основата на мозъка ни. Учените смятат, че възприятието, паметта, познавателните процеси и дори съзнанието се обясняват с работата на милиарди такива неврони, които генерират малки електрически импулси. Тези сигнали, които предават на мозъка болка и други сетивни усещания теоретично биха могли да обяснят всички аспекти на сложното човешко съзнание, въпреки че точните детайли на „невронния код“ все още не са известни.

Счита се, че нервните импулси, преминаващи през мозъчните клетки са основната форма на предаване на информация. Някои изследователи обаче смятат, че феноменът на „ефаптичните“ полета може да играе също толкова важна роля. В този случай става дума за електрически полета, които възникват по време на работата на невроните и въздействат върху мозъка без участието на класическите синаптични връзки.

Концепцията за „невронния код“, описваща работата на нервните клетки на принципа „всичко или нищо“ се появява за първи път в САЩ през 1943 гoдина и оттогава се превръща в основа на изследванията в областта на неврологията. Точните механизми на съзнанието обаче все още остават загадка. Според някои учени освен традиционния начин на предаване на сигнали може да съществуват и алтернативни пътища на взаимодействие в мозъка, като например ефаптични връзки. Тези ефекти са свързани с електромагнитните полета, които се генерират, когато невроните са активни.

Например, някои нервни клетки в ретината предават информация без помощта на класическите синапси. Те използват специален вид електрическа дифузия, която позволява мигновено предаване на сигнала към зрителния нерв, осигурявайки висока скорост и пропускателна способност. Това е ключов механизъм за зрението, който работи без „класическия“ нервен импулс.

През 2019 година в лабораторията на Доминик Дюран в Университет Case Western Reserve бяха проведени значими експерименти в областта на ефаптичните взаимодействия. Учените установиха, че резенче от мозъка на мишка, дори след пълно прекъсване на връзките поддържа стабилно ниво на електрическия потенциал. В този случай влиянието на ефаптичното поле се е запазило на разстояние до 400 микрона, след което значително е намаляло.

Скоростта на разпространение на ефаптичните сигнали през сивото вещество може да надхвърли скоростта на нормалния импулс 5000 пъти, което прави този механизъм потенциално много по-ефективен за обработка на информация. Ако мозъкът използва напълно тази способност, количеството информация, предавано от ефаптичните полета би могло да бъде многократно по-голямо от това на обикновените невронни връзки.

Въпреки, че синаптичните импулси остават важни за функции като движението и възприемането на звук, огромната информационна плътност на ефаптичните полета и тяхното разпространение в мозъка показват, че еволюцията може да ги е използвала за изпълнение на сложни задачи.

Пример за това са изследванията на Уолтър Фрийман от Калифорнийския университет, който още през 2006 година твърди, че традиционната скорост на синапсите не обяснява бързината на когнитивните процеси. Последните публикации, включително изследванията на Коста Анастасиу от Калифорнийския университет в Лос Анджелис и Кристоф Кох, потвърждават, че ефаптичните ефекти могат да бъдат основният механизъм за бързата координация, необходима за съзнанието, дори без участието на бързи синаптични връзки. Тези открития подсказват възможността за нова научна парадигма, която може да промени разбирането за начина, по който функционират мисленето и съзнанието.