В вашем мозгу есть клетки, которые распознают очень определенные места, и это одна из их основных задач. Эти клетки, называемые клетками места, находятся в области за виском, называемой гиппокампом. Хотя эти клетки должны получать информацию от соседних клеток, чтобы выполнять свою работу, до сих пор никто не смог точно определить, какие нервные клетки или нейроны работают с клетками места, чтобы создать код, который они создают для каждого места. Нейроны бывают разных типов со специализированными функциями. Некоторые реагируют на края и границы, другие – на определенные места, третьи действуют как компас и реагируют на то, как вы поворачиваете голову.
Теперь исследователи из Института системной нейробиологии им. Кавли при Норвежском университете науки и технологий объединили ряд передовых методов, которые позволяют им определять, какие нейроны взаимодействуют друг с другом в разное время в мозгу крысы, и при этом создавать чувство местоположения животного. Их результаты опубликованы в выпуске журнала Science от 5 апреля.
"Мозг крысы размером с виноградину. Внутри находится около пятидесяти миллионов нейронов, которые соединены вместе в ошеломляющих 450 миллиардах мест (примерно)," объясняет профессор Эдвард Мозер, директор Института Кавли. "Внутри этого мозга размером с виноградину есть области с каждой стороны, которые меньше, чем виноградное семя, где, как мы знаем, находятся память и чувство местоположения. Здесь же мы находим нейроны, которые реагируют на определенные места, клетки места. Но из каких ячеек эти ячейки получают информацию?"
Проблема, конечно, в том, что исследователи не могут просто разрезать мозг крысы, чтобы увидеть, какие клетки контактировали. Это было бы то же самое, что взять огромную кучу приготовленных спагетти, порезать ее на маленькие кусочки, а затем попытаться выяснить, как различные пряди спагетти запутались вместе, прежде чем стопка будет разрезана.
Такая работа требует использования совершенно другого набора нейронных инструментов, и именно здесь "выключатели света" вступают в игру.
Нейроны имеют много общего с электрическими кабелями, когда они посылают сигналы друг другу. Они посылают электрический ток в одном направлении – от "тело" нейрона и вниз по длинной руке, называемой аксоном, которая идет к другим нервным клеткам. Таким образом, клетки места получают свои слабые электрические сигналы от целого ряда таких рычагов.
Итак, как переключатели света играют во всем этом??
"В первую очередь мы заразили эти нервные руки безвредной вирусной инфекцией," Мозер говорит. "Мы разработали уникальный вирус, который не вызывает заболеваний, но действует как путь доставки генов к конкретным клеткам. Вирус проникает в нейроны, подползает к ядру клетки и использует собственную фабрику нервной клетки, чтобы создать генетический рецепт, который мы дали вирусу для переноса."
Генетический рецепт позволил клетке сделать эквивалент выключателя света. Наши глаза на самом деле содержат такой же биологический выключатель света, который позволяет нам видеть. Вирусная инфекция превращает нейроны, которые раньше существовали только в темноте, глубоко внутри мозга, теперь чувствительны к свету.
Затем исследователи вставили оптические волокна в мозг крысы, чтобы передавать свет различным неопознанным клеткам, в которых теперь были выключатели света. Они также имплантировали тонкие микроэлектроды между клетками, чтобы они могли обнаруживать сигналы, посылаемые через аксоны, каждый раз, когда включается свет из оптического волокна.
"Теперь у нас все настроено: выключатели света установлены в ячейках вокруг ячеек места, лампа и способ записывать активность," Мозер сказал.
Затем исследователи включали и выключали свет более десяти тысяч раз у своих партнеров по лаборатории на крысах, в то время как они отслеживали и регистрировали активность сотен отдельных клеток в мозге крысы размером с виноградину. Исследователи проводили это исследование, в то время как крысы бегали по ящику размером в метр, собирая угощения. Когда крысы исследовали свою коробку и находили лакомства, исследователи смогли использовать светочувствительные клетки, чтобы выяснить, какие клетки передавали информацию в клетки места, поскольку мозг крысы создавал карту того, где крыса была.
Когда исследователи впоследствии собрали всю информацию, они пришли к выводу, что существует целый ряд различных специализированных ячеек, которые вместе предоставляют ячейкам места свою информацию. GPS мозга – его чувство места – создается сигналами от ячеек направления головы, пограничных ячеек, ячеек, которые не имеют известной функции в создании точек местоположения, и ячеек сетки. Таким образом, клетки места получают как информацию об окружении крысы и ориентирах, так и постоянно обновляют свое собственное движение, которое фактически не зависит от сенсорного ввода.
"Одна из загадок заключается в том, какую роль играют клетки, не отвечающие за чувство направления. Они посылают сигналы для размещения клеток, но что они на самом деле делают??" чудеса Мозера.
"Нам также интересно, как клетки гиппокампа могут сортировать различные сигналы, которые они получают. Они все время одинаково эффективно “ слушают ” все ячейки, или одни ячейки получают больше времени, чем другие, чтобы “ разговаривать ”, чтобы разместить ячейки??"