Трехмерная сеть в мозгу

3D-сеть в мозге. В центре выделен гиппокамп.

Джон О’Киф, разделивший в этом году Нобелевскую премию по физиологии и медицине с супругами Мэй-Брит и Эдвардом Мозерами, родился 1939 году в Канаде, где и окончил университет Мак-Гилла. После перебрался в Университетский колледж Лондона, там он и сделал в 1971 году свое удостоенное премией открытие. Работал он с грубыми проволочными электродами, вживленными в мозг, точнее, в извилину морского конька – гиппокамп, нервные клетки которого отвечают за формирование, сохранение и извлечение памяти. 

О'Киф обратил внимание, что у крыс активировались специфические нейроны, когда животные оказывались в знакомом месте лабораторной комнаты. Автор публикации в журнале Brain Research предложил назвать такие нейроны «клетками места». Надо признать, что тогда особенного впечатления это открытие на нейробиологов не произвело.

Прошло 35 лет, прежде чем молодые сотрудники его лаборатории подтвердили это открытие на новом инструментальном уровне, когда на смену самым тонким электродам пришли томографы и миниатюрные шлемчики для записи «биотоков». Первые позволяют видеть, что происходит в живом мозге, записи вторых анализируются мощными компьютерами с помощью сложных программ.

Гиппокамп действительно похож на морского конька. Иллюстрации Physorg

Сотрудниками лаборатории О'Кифа стали норвежские супруги Мэй-Брит и Эдвард Мозеры, родившиеся за несколько лет до эпохальной работы канадца. Оба окончили университет Осло, где и нашли друг друга, затем через Эдинбург и Тронхейм попали к «отцу-основателю» в Лондон. Там молодые ученые обнаружили в мозге крыс клеточную систему координат, которую назвали «сетью», или Grid – подобная сеть ортогональных координат (параллели и меридианы) используется картографами. (Шлимана археологи не могут переносить на дух за то, что он не использовал Grid при своих раскопках Трои.)

Мозеры выяснили, что нервные клетки открытой ими «сети» локализуются в носовом отделе у полюса височной доли, названном так за его соседство с обонятельной корой. Известно, что многие животные, ведущие ночной образ жизни, и особенно грызуны, ориентируются на местности прежде всего по запахам. Не так давно была вручена Нобелевская премия за открытие генов белковых рецепторов, локализующихся в оболочке-мембране обонятельных нейронов. У мыши число таких генов превышает 2 тыс., в то время как у человека оно сократилось до 1 тыс. У нашего мозга совсем иные когнитивные приоритеты, так как у нас есть язык и мышление, совсем иное, в силу прямохождения, восприятие и т.д.

Но вернемся к открытию сотрудников О'Кифа. Они выяснили, что клетки места ведут постоянный «разговор» с более сложной системой групп нейронов, располагающихся в полюсе височной доли. Эти группы позволяют мозгу создавать 3D-карту для нахождения уже не одного какого-то места, а путей в окружающем животное пространстве, что легко можно перенести и на человека. Их Grid представляет собой самого настоящего «гения места», который образует функциональный интерфейс с вышеупомянутыми клетками гиппокампа. В полном соответствии с нынешней модой на разного рода электронные девайсы репортеры назвали две системы «внутренней GPS».

Журнал Current Biology опубликовал недавно интересную статью ученых из университета британского города Дарема, которые обратили внимание на то, что в «линейке» человекообразных обезьян, предков современного человека и нас самих, размер мозжечка увеличивался в шесть раз быстрее, чем размер больших полушарий мозга. В мозжечке насчитывается 70 млрд нервных клеток, что в четыре раза больше нейронов в новой коре (Neocortex).

Чуть ранее китайские специалисты описали 22-летнюю замужнюю женщину с ребенком, у которой полностью отсутствует… мозжечок. В детстве девочкой она не ходила и внятно не говорила до семи лет. Все это говорит о том, что наш мозг намного сложнее такового у мышей и крыс, хотя, конечно же, фундаментальные механизмы едины. Можно добавить, что у китаянки функции мозжечка, в силу своей пластичности, взяла на себя кора больших полушарий.

Следует обратить внимание и на тот факт, что открытие специфических клеток места, которое сделал Джон О'Киф, лежало в русле сделанного чуть ранее наблюдения того факта, что в сетчатке глаза тоже имеются высоко специализированные клетки, «реагирующие» только на горизонтальные или вертикальные линии, круги и овалы с квадратами и т.д. За это открытие  в свое время также была вручена Нобелевская премия. Но в сетчатке не более 200 тыс. нервных клеток-фоторецепторов, поэтому никто не думал, что в головном мозге может быть сходная «примитивная» по своему устройству система для определения места и пути следования. Но вот случилось же…