Всего одна клетка в мозге может изменить отклик зрительного нейрона
Нервные клетки хранят новую информацию, изменяя силу взаимных взаимодействий. Ученые подтвердили этот нейробиологический постулат, изучив реакцию отдельных нейронов в мозгу мыши на движущиеся изображения разнонаправленных лент. Оказалось, что реакцию зрительного нерва на поступающий сигнал можно искусственно изменять на длительное время, воздействуя лишь на одну-единственную клетку мозга. Эти данные помогут ученым лучше понять, как работает мозг, а также память и процессы обучения. Результаты исследования, профинансированного за счет гранта Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biochemical and Biophysical Research Communication.
В основе памяти человека, способности к обучению и изменению поведения в зависимости от ситуации лежит синаптическая пластичность, т.е. способность нервных клеток изменять силу связей между собой. Это свойство связано с тем, что синапс — точка контакта между нейронами — может передавать сигнал от одной клетки к другой с различной эффективностью. Например, когда мы запоминаем информацию, связи между нейронами, отвечающими за «хранение», становятся более стабильными, и увеличивается передача импульсов между этими клетками.
Из-за того, что мозг млекопитающих состоит из десятков миллионов нейронов, проследить связи между отдельными клетками довольно сложно. В этом контексте синаптическую пластичность чаще всего изучают на упрощенных биологических моделях, таких как культуры нервных клеток, выращенные в чашках Петри. Однако работа нейронной сети всего мозга гораздо сложнее: на клетки воздействуют различные биологически активные вещества, постоянно присутствующие в мозгу, такие как дофамин и серотонин, а также случайные сигналы от соседних клеток. Чтобы учесть все эти влияния, ученые разрабатывают методы изучения синаптической пластичности непосредственно в мозгу животных.
Исследователи из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (Москва) изучили механизмы синаптической пластичности на модели одиночных нейронов в мозге мыши. Авторы использовали генетически модифицированных животных, у которых определенные нейроны в мозге могли продуцировать канальный родопсин — белок, первоначально выделенный из одноклеточных водорослей, который при воздействии света активировал только те клетки, которые его содержали. В ходе эксперимента к нейрону, синтезирующему родопсин, было подключено очень тонкое оптическое волокно, благодаря которому можно локально освещать только одну клетку, что заставляет ее генерировать электрические импульсы. Исследователи стимулировали нейрон светом и одновременно показывали мышам движущиеся изображения вертикальных и горизонтальных полос. Оказалось, что у каждой клетки были свои «предпочтения» к изображениям: на один тип полоски она реагировала сильнее, чем на другой.
Для изучения пластичности нейронов авторы активировали клетку с прикрепленным оптическим волокном, когда появлялась менее благоприятная картина. Они обнаружили, что когда мышь просматривала сотню изображений, сначала это приводило к слабой активации нейронов, но в сочетании со стимуляцией через оптическое волокно клетки переключались и начинали «думать» эти изображения как предпочтительные.
«Мы показали, что, искусственно активировав один нейрон, можно изменить его реакцию на визуальный стимул. Это доказывает, что нейроны меняют свои свойства при обучении, например, и создают новые связи между клетками при хранении информации. В дальнейшем мы будем изучать более сложный и малоизученный вид синаптической пластичности - так называемую гетеросинаптическую пластичность, которая важна в процессе переобучения, когда человеку или животному приходится забывать о каком-то навыке и учиться новый вместо него», — рассказал профессор РАН, доктор биологических наук, директор Института высшей нервной деятельности РАН Алексей Малышев.
