Человеческий мозг содержит чуть более 80 миллиардов нейронов, каждый из которых соединяется с другими клетками, создавая триллионы соединений, называемых синапсами. Неудивительно, что в этом многообразии легко запутаться даже ученым. Вопрос, как именно каждая отдельная нервная клетка вносит вклад в функцию мозга, все еще дискутируется.

Впрочем, до сих пор главной была гипотеза, возникшая в далеком 1907 году. Тогда французский нейробиолог по имени Луи Лапик предложил модель, описывающую, как напряжение мембраны нервной клетки увеличивается по мере суммирования входящих токов. Согласно модели Лапика, когда сумма токов и, как следствие, напряжение достигает определенного порога, нейрон реагирует всплеском активности, после чего напряжение мембраны сбрасывается. Это означает, что нейрон «не сработает», пока не накопит достаточно большой потенциал, причем величина его напрямую зависит от входящих сигналов. 

Выкладки Луи Лапика стали далеко не последним словом по этому вопросу. Тем не менее, основной принцип его модели «интегрируй и стреляй» (integrate-and-fire) долгое время оставался относительно бесспорным, и по сей день он составляет основу большинства нейронных схем.

И лишь спустя столетие команда физиков из Университета имени Бар-Илана в Израиле смогла оспорить мэтра. Используя новую экспериментальную установку, ученые пришли к выводу, что прежняя теория была во многом ошибочна.

Исследователи подошли к вопросу с двух сторон: с одной стороны они изучали природу всплеска активности, в зависимости от точки приложения тока к нейрону, а с другой стороны, рассматривали влияние нескольких входов на нервное возбуждение.

В результате ученые пришли к выводу, что главное — не сумма входящих токов, а их направления. Так, слабый сигнал слева, поступающий одновременно со слабым сигналом справа, вовсе не будет объединяться, чтобы создать напряжение, вызывающее всплеск активности. Но один сильный сигнал с определенного направления может привести к нейронному срабатыванию. Кроме того, в зависимости от места стимуляции изменяется направление нейронного импульса.

Этот потенциально новый подход к явлению, известному как пространственное суммирование, может привести к новому методу классификации нейронов, а в более глобальной перспективе — к открытиям, которые объясняют определенные неврологические расстройства.

Точное понимание того, как отдельные клетки объединяются для формирования сложного поведения, может распространиться и на другие области исследований. Выявление любых новых свойств клеток мозга поможет создавать более качественные нейронные сети.