Ученые нашли нейроны головного мозга, которые измеряют положение и перемещение в пространстве
Спустя более десяти лет после того, как была открыта роль пирамидальных нейронов в представлениях о пространстве и местоположении, группа исследователей из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса и Федерального университета ABC в Сан-Паулу внесла важный вклад в понимание навигационной системы мозга. Нейробиологи определили подтип пирамидальных нейронов, которые отвечают за положение и перемещение в пространстве.
Возбуждающие нейроны и тормозные интернейроны расположены в гиппокампе, — двусторонней структуре мозга в обеих височных долях (за ушами). Гиппокамп связан с формированием новых воспоминаний, обучением, эмоциями и, как недавно было обнаружено, с представлением пространства. Возбуждающие нейроны активируют другие нейроны, а тормозные интернейроны наоборот, — их тормозят и блокируют. Таким образом они могут модулировать передачу сигналов, чтобы избежать избыточной активности, связанной, например, с судорогами. На долю тормозных приходится менее 10% всех пирамидальных нейронов, но они очень важны.
«Хотя все нейроны играют роль в кодировании пространства, мы обнаружили, что у тормозных нейронов есть некоторые дополнительные функции», — сказала соавтор работы Джулиана Мидори Икебара. В частности, эти нейроны связаны, например, со способностью запоминать маршруты или расположение комнат.
Заглядывая в мозг
Стандартное устройство, используемое в экспериментах такого типа, — Miniscope, — было разработано в Стэнфордском университете в Калифорнии. Но оно стоит очень дорого. «Около семи лет назад группа из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе открыла его, изучила и бесплатно опубликовала проект с очень четкими инструкциями по сборке и использованию. Благодаря этому сотни исследователей в других странах получили эту технологию», — сказал соавтор работы Авишек Адхикари, живущий в Сан-Паулу. Такой миниатюрный микроскоп собрала по инструкции коллег из Лос-Анжелеса Икебара.
«Мышам вводили вирус, который заражает нейроны и заставляет их производить белок, который светится при повышенном уровне кальция. Это происходит, когда клетки активируются, и это сразу видно в микроскоп», — поясняет Икебара.
На гиппокамп мышей помещали цилиндрическую линзу, а миниатюрный микроскоп закрепляли на поверхности черепа для съемки активности нейронов. Во время экспериментов животных помещали в вольеры, которые поворачивали, меняли размер и форму.
После записи сотен часов видео исследователи сопоставили активность нейронов с положением мышей в вольерах. «Мы обнаружили, что можно очень точно указать, где именно находится мышь, просто взглянув на карту активированных нейронов, даже не просматривая видео», — сказал Авишек Адхикари.
По словам Икебары, результаты помогают лучше понять, как люди отслеживают и сохраняют информацию о маршрутах и узнают новые места, поскольку гиппокамп человека очень похож на гиппокамп мыши.
Вероятно, если бы нейронные системы, отвечающие за навигацию, не были вовремя усовершенствованы головным мозгом человека, его бы давным-давно съели