Исследователи из университета Carnegie Mellon обнаружили совершенно новую систему связей между нейронами и синапсами человеческого мозга. Сообщение об этом опубликовано в журнале Current Biology.

Нервные связи в мозге человекаОказалось, что существует целая группа ингибиторных нейронов, выделяющая соматостатин, которая подавляет деятельность соседних с ними возбудительных нейронов. Выяснилось это совершенно случайно. Джоанна Урбан-Сечко (Joanna Urban-Ciecko), проводившая эксперимент с нервными клетками, обнаружила, что синапсы, соединяющие нейроны, ведут себя совершенно не так, как во время предыдущих исследований. Они должны были бы передавать сильный сигнал, разрастаться и реагировать на раздражения, однако, в ее эксперименте ничего этого не наблюдалось.

Отличие эксперимента Урбан-Сечко от других заключалось в том, что она изучала не специально выделенные нервные клетки, а следила за реальной мозговой деятельностью. Тут-то и оказалось, что синапсы и нейроны ведут себя не так, как предполагают ученые. Исследовательница стала искать фактор, изменяющий ситуацию. Для этого она использовала оптогенетику.

С помощью специальных модифицированных клеток, реагирующих на свет, биологи активировали и дезактивировали нейроны, выделяющие соматостатин. Когда они были «выключены», синапсы разрастались и укреплялись, когда нейроны соматостатина начинали действовать, синапсы ослабевали. Оказывается, соматостатин активировал рецепторы, подавлявшие деятельность возбудительных нейронов, которые теряли способность создавать и укреплять синапсы и становились таким образом невидимыми для исследователей.

Ученые сравнили этот механизм с «устройством невидимости» из сериала Star Trek (т.е. «Звездный путь»), которое прячет космический корабль от вражеских локаторов.

Биологи, конечно, не ведут войну с человеческим мозгом, но теперь выявить все существующие в мозгу нейронные связи будет куда сложнее, чем это казалось раньше. Это придется, в частности, учесть сотрудникам Human Connectome Project, пытающимся составить подробную схему всех нервных связей и облегчить таким образом исследование мозга.

Истчоник: Научная Россия

Самыми длинными клетками, являются нервные клетки гигантских кальмаров их длина может достигать 12 метров.

Подробнее...

Нервные клетки общаются друг с другом мгновенными электрическими импульсами, при этом как-то ухитряясь годами удерживать информацию, которую они некогда получили. Считается, что работа нервных клеток сводится не только к мимолётным импульсам, что есть ещё какие-то процессы, создающие и поддерживающие длительные изменения. Но если мы говорим о «длительных изменениях», то это почти всегда приводит нас к ДНК и обслуживающему её аппарату.

Дендритный шипик — место формирования синапса возбуждения на нейронном отростке-дендрите. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc..)То, что деятельность нейронов отражается на их ДНК, косвенным образом подтверждается тем, что у нейронов после проведения того или иного сигнала усиливаются или ослабляются синапсы с другими клетками. Известно также, что у нейронов могут происходить долговременные изменения в активности генов, причём они зависят от местоположения клетки. Исследователям из Университета Алабамы в Бирмингеме (США) удалось обнаружить, с чем связаны некоторые из изменений, сопровождающих запись положительных воспоминаний.

В действительности команда Дэвида Суитта проверяла известную гипотезу о том, что формирование долговременной памяти подключает эпигенетические механизмы, которые ведут к модификациям ДНК клетки. Эпигенетические модификации влияют на доступ белков к ДНК, и они могут касаться либо белков-гистонов, упаковывающих ДНК, либо самой нуклеиновой кислоты. Ряд работ свидетельствовал в пользу того, что для долговременной памяти необходимо метилирование ДНК — присоединение к нуклеиновой кислоте метильной группы. И вот было решено проверить это напрямую. 

Для этого мышей учили узнавать определённый звук, после которого животные получали порцию сладкого. Это довольно стандартный опыт, и давно уже известно, какие области мозга отвечают за такую ассоциацию, а также то, какие гены нужны для запоминания связи того и другого. В журнале Nature Neuroscience авторы пишут, что изменения в активности этих генов действительно начинались тогда, когда животные выучивали, что за звуком следует угощение. Более того, удалось увидеть, как и в каких участках меняется метилирование ДНК, кодирующей эти гены, и как с этой ДНК взаимодействует фермент, отвечающий за метилирование: он начинал работать опять-таки как раз к тому моменту, когда мыши более-менее запоминали то, что нужно. 

Когда исследователи вводили животным вещества, блокирующие метилирование в этом месте, то старая память у мышей оставалась нетронутой, однако ничего нового они запомнить надолго уже не могли. Если модификациям ДНК ставили блок в другом месте, то на запоминание «звука с сахаром» это никак не влияло.

Иными словами, животным (да и нам, скорее всего) для памяти действительно нужны эпигенетические «резцы», которые эту память «прорезали» бы ещё и на молекулярном уровне, уровне ДНК. 

Нет нужды говорить, какое нейротехнологическое будущее открывается перед нами благодаря подобным исследованиям. Однако вопросов тут пока что больше, чем ответов. Например, авторы в данном случае имели дело с положительной ассоциацией — и хотелось бы знать, какой механизм работает при отрицательных ассоциациях, связанных со страхом, отторжением и т. п.

Во-вторых, предстоит ещё выяснить, как эпигенетические молекулярные танцы взаимодействуют с электрохимическими импульсами и как эпигенетическим модификациям удаётся на покидать строго очерченной зоны коры мозга.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА