Луч лазера воспитывает нейроны

Гиппокамп с его красным маркером и зелеными отростками клеток островков. Фото Phsyorg

Японский молекулярный биолог Судзуми Тонегава работает в Массачусетском технологическом институте. В 1987 году он получил Нобелевскую премию за раскрытие генетического механизма, лежащего в основе всего разнообразия защитных белковых антител. (Официальная формулировка Нобелевского комитета звучала так: «За открытие генетического принципа образования разнообразия антител».) В этом смысле родство иммунной и нервной систем не только в единстве их эмбрионального происхождения, но и в выполняемой их клетками роли распознавания химических и иных угроз. Для этого у них в оболочках есть белковые рецепторы, улавливающие различные молекулы, присоединение которых запускает активность специфических генов. В ходе развития организма потомство стволовых клеток специализируется для выполнения различных функций.

Загадка механизма памяти будоражила умы еще античных мыслителей. В ХХ веке успехи нейрохирургии позволили выявить пациентов с нарушениями в височной доле, утративших способность что-либо запоминать. Эксперименты на животных выявили ведущую роль извилины морского конька (гиппокампа) в формировании, хранении и извлечении информации о событиях прошлого. Нобелевский комитет отметил в 2014 году успехи ученых, которые выявили в гиппокампе и полюсе височной доли (энторинальном комплексе – ЭРК) систем памяти об ориентации на плоскости и в пространстве.

В том же году Тонегава сообщил об идентификации локализованных групп клеток – «островков» – в океане других, которые светятся зеленым и красным в ответ на повышение уровня кальция, ионы которого возбуждают нервные клетки. Чeрез год Тонегава конкретизировал суть своего открытия. Статья об этом напечатана в журнале Neuron.

Изучающие грамматику индоевропейских языков знают, что при построении предложений надо сначала указать «где» (обстоятельство места), а затем «когда» (времени – «Я был там и тогда»). Вполне возможно, что это связано с работой нашего мозга и функцией «островных» и «океанических» нейронов. Тонегава выяснил, что клетки гиппокампа и комплекса в полюсе височной доли связаны единой функциональной сетью, производящей разделение информации о времени и месте события или нахождения тела. Только после этого нервные импульсы попадают в гиппокамп. Название статьи, хотя и несколько научное, точно отражает суть нового открытия: «Энторинальные клетки океана кодируют специфические контексты и являются драйверами памяти о пережитом страхе». Страх упомянут в связи с выработкой у животных условного павловского рефлекса на удар током.

К сожалению, во времена академика Ивана Петровича Павлова не было такого уникального метода, как оптогенетика, позволяющего вызывать активность отдельных генетически модифицированных клеток с помощью лазерного луча. В лаборатории Тонегавы с помощью лазера меняли поведение мышей, блокируя клетки океана. Подавление активности последних приводило к тому, что мыши теряли способность распознавать место в клетке, где они получали удар током. Если же освещали клетки островков, то менялся временной «лаг», или длительность воспоминаний, извлечения памяти о недавних событиях.

Все это имеет непосредственное отношение к повседневной практике, поскольку информация поступает в мозг либо посредством глаз, либо через передающую – «релейную» – станцию в виде зрительного бугра (таламуса), клетки которого регулируют активность коры. Через нейроны бугра вверх и вниз идут импульсы, связанные с движениями, ростом нервных отростков и их соединением с мышцами (что нарушается при нервно-мышечной атрофии).

В том же выпуске Neuron ученые университета французского г. Бордо представили результаты своих исследований по выявлению еще одного «островка» памяти в мозге, связав клетки гиппокампа с нейронами «уздечки». Французы выяснили, что нейроны уздечки участвуют в формировании воспоминаний о неприятных воздействиях и переживаниях (аверсивная память). Помогают им в этом белковые рецепторы каннабиноидов, представляющих собой активное начало марихуаны. Выключение гена рецептора приводило к тому, что мыши перестали бояться удара током и не избегали мест с «предупреждающим» запахом. При этом реакция животных на аппетитные запахи не снижалась.

Оптогенетика и электрофизиология показали, что блокада нейронов с рецептором каннабиноидов повышает активность нейронов, отвечающих за сокращение мышц и движение. Таким образом, найден механизм регуляции синапсов, или точек межнейрональных контактов в мозге. Вполне возможно, что со временем ученые научат врачей эффективно бороться с различными пристрастиями с помощью повышенной активации не познанных еще до конца глубин мозга.