Нейроны не касаются друг друга. Между окончанием аксона и принимающей клеткой есть узкая щель, около двадцати нанометров. Это химический синапс, самый распространённый тип контакта в мозге. Когда импульс достигает окончания, открываются кальциевые каналы, ионы кальция вызывают слияние пузырьков с мембраной, и вещество-посредник (нейромедиатор) выходит в щель. Он связывается с рецепторами на соседней клетке, и та получает или не получает сигнал. Всё занимает доли миллисекунды.
Возбуждение и торможение
Главный возбуждающий медиатор в мозге — глутамат, главный тормозной — ГАМК. Есть и другие вещества, которые скорее модулируют: дофамин, серотонин, ацетилхолин, норадреналин. Многие лекарства действуют именно на синапсы: меняют выброс медиатора, его удаление из щели или чувствительность рецепторов. Есть также электрические синапсы, где клетки соединены каналами, но в мозге человека они встречаются реже.
Масштаб
У одного нейрона бывают тысячи входящих синапсов, а у некоторых клеток — десятки тысяч. Общее число связей в коре оценивают порядка сотен триллионов. Это не точная цифра, а оценка по порядку величины.
Как синапсы запоминают
В 1949 году Дональд Хебб предположил, что если одна клетка регулярно участвует в возбуждении другой, связь между ними усиливается. Спустя двадцать лет Тимоти Блисс и Терье Лёмо показали это на гиппокампе кролика: после короткой интенсивной стимуляции ответ на следующие сигналы оставался повышенным в течение часов. Явление назвали долговременной потенциацией. Есть и обратное — долговременная депрессия, ослабляющая связи. Тот и другой процесс считают важнейшими клеточными механизмами обучения, хотя соотносить их с конкретной памятью можно лишь отчасти.
Рост и обрезка
В раннем детстве синапсов образуется с избытком, а затем лишние постепенно убираются: остаются те, которые задействованы. Работы Питера Хуттенлохера показали, что в разных областях коры пик плотности синапсов приходится на разный возраст. Процесс не заканчивается и во взрослой жизни, хотя идёт медленнее: новые навыки приводят к росту и перестройке контактов.
Поэтому мозг стоит представлять не как готовую схему, а как сеть, которая постоянно перенастраивается. Каждая «настройка» проходит через синапс.