Впервые удалось наблюдать процесс "настройки" нейронов

Ученым из Массачусетского технологического института впервые удалось провести наблюдения за работой нервных клеток живого организма в ответ на изменения окружающей среды.

Как заявил руководитель исследования Куан Хонг Ван (Kuan Hong Wang): «Это – технологический прорыв. Впервые удалось напрямую визуализировать молекулярную активность индивидуальных нейронов живого организма и наблюдать ежедневные изменения активности нейронов в ответ на меняющиеся условия в течение одной недели». Нобелевский лауреат Сусуму Тонегава (Susumu Tonegawa), соавтор работы, считает, что в будущем это исследование может послужить основой для разработки новых методов мониторинга развития патологических процессов в мозге в реальном времени, а также для поиска новых методов лечения этих патологий, сообщает Physorg.

Было выяснено, что визуальная информация вызывает выработку в мозгу особого белка, который работает своеобразным «фильтром», усиливающим общую селективность ответа мозга на зрительные стимулы. Ранее этот белок Arc был обнаружен в отделе мозга, называемом гиппокампом. Считалось, что белок Arc способствует улучшению памяти, усиливая синапсы – микроструктуры, подобные своеобразным «клеммам», соединяющим нервные волокна. Эти микроструктуры обеспечивают связь между отдельными нейронами.

Однако теперь выяснилось, что белок Arc также блокирует активность нейронов, имеющих слабую ориентационную селективность – т. е. тех, которые не очень хорошо «настроены». В то же время белок поддерживает работу хорошо настроенных нейронов. Таким образом, обе функции белка Arc развивают избирательность зрительных отделов коры головного мозга в ответ на получение визуальной информации и выработку соответствующего опыта. Иными словами, выработка белка идет параллельно с настройкой зрения и повышает упорядоченность зрительных нейронов. Ученые считают, что подобный молекулярный механизм может быть также задействован и в других системах обработки информации в коре головного мозга.

Пластичность нейронов и синапсов обеспечивает адаптацию к меняющимся условиям среды, в частности – зрительной информационной среды. Для изучения процессов адаптации на молекулярном уровне, группа ученых из Массачусетса разработала современную систему визуализации. В череп подопытных животных были имплантированы прозрачные «окошки», расположенные над зрительными участками коры головного мозга. Это позволило проводить непосредственное наблюдение процессов синтеза белков, происходящих в мозгу животных. Наблюдения велись при помощи метода двухфотонной микроскопии, который позволяет визуализировать процессы, происходящие в живой ткани на глубине до 1 мм от ее поверхности, чего вполне достаточно для различения функций отдельных нейронов.

Опыты проводились над генно-модифицированными лабораторными мышами, у которых часть гена, кодирующего белок Arc, была заменена геном, отвечающим за выработку белка, флюоресцирующего зеленым цветом. Таким образом, активность нейронов, вызывающая у «нормальных» мышей индукцию белка Arc, приводила к флюоресценции «встроенного» белка, которая и регистрировалась при помощи двухфотонного микроскопа. Это позволило визуализировать работу нейронов и характер ее изменения в ответ на развитие зрительного опыта, а также установить роль белка Arc в упорядочении реакции нервных клеток мозга на естественные сенсорные стимулы.