День открытых дверей в лаборатории биоэлектрических интерфейсов ВШЭ

27 апреля состоится день открытых дверей в лаборатории биоэлектрических интерфейсов ВШЭ! Гостей познакомят вас с исследованиями лаборатории и поговорят об управлении мозгом внешними устройствами, декодировании моторных команд и робототехнике.

Программа:

В 11.00 состоится лекция «Haptic and Tactile Displays for Robotic and Medical Applications». Лектор — Дмитрий Тетерюков, старший преподаватель Космического центра Сколтеха, руководитель Intelligent Space Robotics Laboratory (ауд. 320).

В 12.00 Михаил Лебедев, Алексей Осадчий и сотрудники лаборатории представят текущие научные проекты (ауд. 401, 405).

В 13.30 Ксения Волкова выступит с докладом «Биоэлектрические интерфейсы на основе электрокортикограммы: измерение и декодирование характеристик движения» (ауд. 401).

В 15:30 состоится журнальный клуб и дискуссия на тему  «Разработка экспериментальных парадигм с учетом принципов кодирования движения в коре головного мозга» (ауд. 401).

Рабочий язык — английский.

Все мероприятия пройдут по адресу Мясницкая 13с4.

Всех участников просим пройти регистрацию по этой ссылке.

Где скрывается пищевое отвращение

Новое исследование,  проведенное в университете Гренады и опубликованное в Experimental Brain Research, привело к пониманию того,  как формируется пищевое отвращение. Согласно выводам ученых, базально-латеральные ядра миндалевидного тела – новая потенциальная цель в разработке лечения нарушений пищевого поведения, которое возникает, например в результате химиотерапии.

На четырёх группах экспериментальных животных уменьшить пищевое отвращение удалось разрушение базолатерального комплекса миндалевидного тела


Исследователи из Университета Гранады вместе с учеными из автономного университета в Нижней Калифорнии (UABC) определили область мозга, которая непосредственно участвует в формировании отвращения к токсичным, испорченным или ядовитым продуктам. Отказ от продуктов, которые наш мозг ассоциирует с токсичностью и потенциальным отравлением, связан преимущественно со вкусом (и немного в меньшей степени с запахом) пищи. Его влияние на пищевое поведение хорошо описано, но до сих пор оставалась неясными структуры мозга и связи между ними, которые связаны с оценкой вкусовых качеств пищи и ее эмоциональной оценкой, в результате которых формируется пищевая память.

Миндалевидное тело. Credit: Anatomography maintained by Life Science Databases(LSDB).


Основываясь на предыдущих исследованиях, в которых указывалось на участие миндалины во вкусовой неприязни, ученые сосредоточились на миндалине. Дополнительно она привлекла их внимание и тем что является важной частью лимбической системы,  отвечающей за формирование эмоций и эмоциональной памяти.

Эволюционное значение отвращения к определенной пище помогала избежать тяжелых отравлений уже безпозвоночным. Но у человека, особенно в постиндустриальный период наблюдается извращение некоторых эволюционных механизмов, и нарушение этого привело к развитию нарушений пищевого поведения.

Смоделировать вкусовую неприязнь очень просто: животному позволяют попробовать что-либо с новым для него, ранее неизвестным, вкусом (это что-то – нетоксичное), и спустя несколько минут вызвать у него расстройство желудочно-кишечного тракта. Животное запоминает, что последствия употребления чего-то с этим вкусом – неблагоприятные. И эта ассоциация очень стойкая – она вызывает не только избегание этого продукта, но и вообще потерю аппетита.

Для выяснения более тонкого механизма регуляции этого поведения, ученые повреждали поочередно 3 важнейших ядра миндалины, чтобы определить, какой регион несет ответственность за приобретение условного отвращения к определенному вкусу. Используя этот метод, исследователи смогли определить область, которая регулирует выраженность этой реакции – оказалось, что это базально-латеральный комплекс ядер миндалевидного тела (или миндалины).

Из четырех групп наблюдаемых животных снижение отвращения наблюдалось только в группе с поражениями в базально-латеральном комплексе миндалины.

Исследователи отмечают также, что вкусовые отвращение необязательно развивается, если симптомы отравления развиваются через несколько минут. Время на переваривание пищи учитывается мозгом – и стойкая ассоциация даже после первого контакта с “плохим” продуктом возникает даже если расстройство ЖКТ наступило через несколько часов после его употребления.

Эта способность сопоставления стимулов, которые не связаны между собой краткосрочными эффектами особенно важна в отношении формирования пищевой неприязни во время проведения химиотерапии, поскольку потребление пищи связано с тошнотой, которая на самом деле вызвана химическими веществами, вводимыми на разных стадиях. Таким образом, у пациентов может развиться вкусовое отвращение, даже если они потребляли пищу не сразу после сеанса лечения.

Исследователи полагают, что необходимы дальнейшие исследования для понимания того, как именно повреждение миндалины отражается на формировании пищевых привычек, связи с какими структурами мозга задействованы в процессах формирования эмоциональной окраски потребления определенной пищи, и что может стать новой мишенью в лечении расстройств пищевого поведения. Последний пункт особенно важен, ведь эти расстройства заключаются не только в отказе от определенной пищи во период сеансов химиотерапии, но также затрагивают развитие ожирения, и, наоборот, анорексии.


Текст: Дарья Тюльганова

 “Effects of lesions in different nuclei of the amygdala on conditioned taste aversion” by Andrés Molero-Chamizo, and Guadalupe Nathzidy Rivera-Urbina in Experimental Brain Research. Published April 2018.
doi:10.1007/s00221-017-5078-1

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Стволовые клетки мозга обновляются ограниченно

Дискуссия о нейрогенезе в гиппокампе продолжаетеся. Группа учёных из МФТИ, университета Стони Брук и лаборатории Колд Спринг Харбор пронаблюдали, как делятся и расходуются нейральные стволовые клетки в гиппокампе у мышей – области мозга, критически важной для обучения и памяти. Оптимистичные прогнозы о наличии симметричного деления – когда из одной стволовой клетки получается две – не подтвердились. Если такое деление и происходит, то не более чем в десяти процентах случаев. Это значит, что восполнение стволовых клеток, которые могли бы дать начало новым нейронам – редкий или вовсе не происходящий процесс. Кроме этого учёные определили пространственные особенности исчезновения стволовых клеток в стареющем мозге. Статья опубликована в Scientific Reports.

Фото. Нейрогенная ниша гиппокампа. Зелёным изображены стволовые клетки (Nestin-GFP) – красным – астроцитарный белок (GFAP). Трёхмерная реконструкция серии конфокальных изображений. Предоставлено авторами исследования 


Ольга Минеева, сотрудник лаборатории стволовых клеток мозга МФТИ , комментирует: “Полученные нами результаты в первую очередь говорят о том, что в нормальном зрелом мозге способность гиппокампальных стволовых клеток к обновлению путём симметричных делений ограничена. А увеличение тотального количества стволовых клеток не происходит вовсе или не сказывается значительно. Эти результаты требуют критического пересмотра ряда исследований, которые показали наличие симметричных делений нейральных стволовых клеток гиппокампа”.

Хотя сейчас не утихают споры о возможности появления новых нейронов во взрослом мозге у человека, их генерация в мозге других взрослых млекопитающих признана неопровержимым фактом. Процесс образования новых нейронов из стволовых клеток называют нейрогенезом. После того как рост и развитие молодого мозга завершены, у большинства взрослых млекопитающих в мозге остаются лишь две области, сохраняющие стволовые клетки, ответственные за нейрогенез: тонкий слой в стенке боковых желудочков мозга (или субвентрикулярная зона) и тонкий слой в зубчатой извилине гиппокампа (или субгранулярная зона). Вторая зона вызывает особый интерес исследователей, так как находится в гиппокампе, работа которого критически важна для реализации важнейших когнитивных функций, например, обучение, память и эмоциональное поведение. При этом современные данные показывают, что и сам нейрогенез в гиппокампе может быть важен для осуществления этих функций. Но также известно, что с возрастом количество нейральных стволовых клеток в гиппокампе падает. Поэтому перед исследователями встаёт целый ряд вопросов: как сохраняется пул этих стволовых клеток в ходе онтогенеза, каковы механизмы его поддержания и обновления, и, главное, можно ли повлиять на эти процессы и тем самым продлить интенсивный нейрогенез до глубокой старости, а значит и продлить молодость мозга.

Ключом для ответа на эти вопросы может стать выяснение того, как делятся стволовые клетки во взрослом мозге. Теоретически деление нервной стволовой клетки может происходить двумя способами (Рис. 1). Первый вариант — когда из одной стволовой клетки получается две такие же стволовые. Такого рода деления, когда из материнской клетки образуются две подобные ей дочки, называются симметричными. Второй вариант – когда из одной стволовой клетки получаются две дочки, одна из которых – такая же как материнская, а вторая становится предшественником нейрона. Такие деления принято называть асимметричными. Стволовые клетки могут делиться преимущественно одним способом, либо использовать оба типа делений для генерации нейронов. Как видно, способ деления стволовых клеток определяет общее число стволовых клеток, а следовательно, расходуется ли резерв стволовых клеток, с какой скоростью, может ли он быть восстановлен или даже увеличен.

Так, если стволовые клетки гиппокампа часто делятся симметрично, значит их пул может самоподдерживаться и восстанавливаться. Потенциально, фармакологическая индукция симметричных делений может даже увеличить стволовой резерв. Если же симметричные деления – крайне редкое событие, а в основном происходят асимметричные, то активация деления стволовых клеток после периода покоя приведёт к неизбежному исчезновению самих стволовых клеток. Данные о снижении числа стволовых клеток с возрастом косвенно свидетельствуют в пользу второго «пессимистичного» сценария и возможного отсутствия симметричных делений. Но как исследовать этот вопрос напрямую? Необычное решение было предложено группой учёных из МФТИ, университета Стони Брук и лаборатории Колд Спринг Харбор.

Рисунок 1:Типы деления клеток. При симметричном делении (слева) из одной стволовой клетки (зелёные) образуются две такие же стволовые, а при асимметричном (справа) – образуется одна стволовая клетка и предшественник нейрона (красная клетка) или астроцит (фиолетовая клетка).


Авторы выявляли делящиеся клетки классическим для такого рода исследований способом, а именно вводили экспериментальным животным синтетический аналог нуклеотида тимидина – бромодезоксиуридин (БрдУ), который встраивается в удваивающиеся цепи ДНК клеток во время их деления. О том, что поделились именно стволовые клетки гиппокампа судили по другому маркеру – зеленому флуоресцентному белку (GFP), синтез которого находился под контролем регулирующей последовательности гена белка нестина – маркера стволовых клеток. От других предшественников нейронов стволовые клетки отличает их особая узнаваемая форма – они имеют крупное тело и один длинный апикальный отросток, сильно ветвящийся сверху. Таким образом, если в зубчатой извилине гиппокампа происходят симметричные деления стволовых клеток, такие деления на срезах можно увидеть, как пару близкорасположенных зеленых клеток с крупным апикальным отростком и с БрдУ в ядрах. Однако меченые клетки могут оказаться рядом не только из-за симметричного деления. Они могут быть потомками не одной клетки, а двух разных соседствующих клеток, каждая из которых поделилась асимметрично (Рис.2). Возникает вопрос, как различать эти две ситуации.

Рисунок 2: На срезе мозга находятся помеченные БрдУ стволовые клетки (фрагмент посередине) среди множества неделящихся или покоящихся стволовых клеток (светло-зелёные). Такие меченые пары могут встречаться или из-за активации асимметричного типа деления двух неродственных стволовых клеток, находящихся рядом (вариант слева), или из-за симметричного деления одной стволовой клетки (справа). По рисунку, предоставленному Ольгой Минеевой, автором статьи.


Учёные придумали статистический метод, с помощью которого можно оценить, случайно ли меченые клетки оказались рядом или не случайно. А именно, вследствие их происхождения от двух разных материнских клеток, поделившейся асимметрично (Рис. 1, лев. часть) или от общей материнской клетки, поделившейся симметрично (Рис. 1, прав. часть). Суть метода заключалась в измерении реально наблюдаемой вероятности обнаружения пар меченых стволовых клеток и её сравнении с полностью случайной вероятностью, которую можно искусственно смоделировать в общей популяции стволовых клеток. В результате, если реально наблюдаемое число пар будет выше смоделированного случайного, то это значит, что возникновение не всех пар можно объяснить случайностью, и часть из них образовались в результате симметричных делений.

Для того, чтобы измерить реальное и смоделированное случайное число пар клеток, на микроскопических изображениях срезов находили местоположение всех стволовых клеток, содержащих и не содержащих маркер делений БрдУ. Таким образом, для каждой клетки было определено её положение в пространстве. Затем по полученным координатам определяли расстояния между парами реально наблюдаемых меченых клеток и число пар клеток на конкретных расстояниях (Рис. 3А). Затем искусственно моделировали случайное распределение меченых клеток для сравнения. Для этого использовали все положения, в которых могли появиться меченые клетки, т.е. координаты всех делящихся и неделящихся стволовых клеток. Из списка координат с помощью генератора случайных чисел выбирали такое же количество клеток, что наблюдалось на срезе в действительности, и условно принимали их за меченые. Получался тот же срез, но теперь уже с псевдо-мечеными клетками, разбросанными на нем случайным образом (Рис.3Б). Допустим, если мы увидели 11 меченых клеток на срезе (как на Рис.3А), то среди всех возможных позиций будет разбросано 11 псевдомеченых клеток (Рис.3Б) и рассчитано распределение расстояний между ними. Эта операция была повторена много раз для получения статистики со всех срезов. Сравнив реальное распределение с моделируемым случайным, авторы увидели, что они не отличаются друг от друга. Однако отсутствие различий между реальной и случайно сгенерированной картиной могло быть связано с низкой чувствительностью метода. Чтобы проверить это, исследователи попробовали добавлять в модель заданное количество пар сближенных делящихся клеток и оценить, сколько симметричных делений нужно, чтобы новое искусственно сгенерированное распределение начало отличаться от случайного. Получилось, что нужно добавить больше 10% событий симметричных делений. Из этого учёные сделали вывод о том, что в реальном взрослом гиппокампе симметричных делений нервных стволовых клеток не происходит, или же они происходят, но крайне редко, и их доля составляет не больше 10%.

Рисунок 3: Схема расположения стволовых реальных клеток на срезе и в модели. Серые точки – неделящиеся стволовые клетки. Чёрные точки – реально обнаруженные меченые клетки. Голубые точки – случайно разбросанные псевдомеченые клетки.


Этот же метод авторы применили, чтобы описать исчезновение стволовых клеток с возрастом. Чем старше мышь, тем меньше стволовых клеток остаётся в нейрогенной зоне гиппокампа. Например, у семимесячной мыши их в девять раз меньше, чем у двухнедельной, и в пространстве, где поначалу были стволовые клетки, в нейрогенном резерве обнаруживаются пустоты.

Авторы смоделировали старение нейрогенной зоны мышиного гиппокампа, проделав ту же самую операцию случайного перебора, что и в первом эксперименте. Однако теперь, среди всех доступных клеток у молодых мышей они случайно выбирали и оставляли то количество, которое в действительности наблюдалось в гиппокампе у семимесячной мыши. Оказалось, что оставшиеся стволовые клетки в настоящем гиппокампе семимесячных мышей распределены более равномерно, чем случайно выбранные. На основании этого исследователи делают вывод о том, что исчезновение стволовых клеток гиппокампа зависит от их положения в пространстве: клетки, расположенные поблизости друг от друга имеют больший шанс к скорому исчезновению, что приводит к пустотам в слое стволовых клеток. Более того, учёные выяснили, что в разных отделах гиппокампа стволовые клетки расходуются с разной степенью неравномерности. Интересно то, что разные зоны гиппокампа отвечают за разные когнитивные функции. Однако учёные не спешат связывать такое исчезновение стволовых клеток с функциональными особенностями – возможно, это связано с более простыми факторами, как например, распределение сосудов.

Последняя работа этих авторов новым способом подтвердила ранее выдвинутое предположение о том, что стволовые клетки не могут обновляться бесконечно. Ранее, на основе других данных, авторами настоящего исследования была выдвинута концепция, согласно которой каждая стволовая клетка, выйдя из состояния покоя, проходит ограниченное число клеточных делений, давая начало новым нейронам и астроцитам, но не новым стволовым клеткам (Encinas et al., 2011). Важное следствие этой концепции о невосполнимости пула покоящихся стволовых клеток гиппокампа — возможное негативное влияние веществ, активирующих деления стволовых клеток, на нейрогенез в гиппокампе в долгосрочной перспективе. Так, увеличивая нейрогенез через усиленное рекрутирование стволовых клеток, эти факторы могут вызывать преждевременное истощение нейрогенной ниши, и как возможное следствие этого – к когнитивным нарушениям из-за последующей нехватки новых нейронов.

Рисунок 4: A) Оставшиеся стволовые клетки у 7-месячной мыши. В) Стволовые клетки 2-недельной мыши, среди которых случайным образом выбрано (голубым) такое же количество клеток, которое осталось у 7-месячной. C, D) Реальное распределение расстояний между ближайшими клетками (красным) отличается от случайного (голубым).


Григорий Ениколопов, заведующий лабораторией стволовых клеток мозга МФТИ:  «Тотального запрета на симметричные деления может и не быть, и увеличение стволовых клеток в количестве возможно при определённых условиях. Поиск таких воздействий, стимулирующих деление и обновление нейральных стволовых клеток, но одновременно не истощающих их пул преждевременно, должен продолжаться».


Текст: пресс-служба МФТИ

Spatial geometry of stem cell proliferation in the adult hippocampus
Olga A. Mineyeva, Grigori Enikolopov & Alexei A. Koulakov
Scientific Reportsvolume 8, Article number: 3444 (2018)
doi:10.1038/s41598-018-21078-6

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.