Пять загадок мозга, которые нам ещё предстоит разгадать

Насколько мы близки к пониманию работы мозга? Вы удивитесь, но даже с учетом развития нейровизуализационных методов мы еще только в начале пути. Ученые из Алленовского института наук о мозге (Allen Institute) рассказали о пяти нераскрытых загадках самого сложного органа в организме, которые пытаются решить исследовательские группы со всего мира.

Разные типы нейронов, которые изучают в Алленовском институте. Credit: Allen Institute


Если мы хотим понять мозг человека, то нам нужно «разметить» примерно 100 триллионов связей и сообразить, как они объединяются и формируют наше поведение.

1. Из чего состоит мозг?

Мозг состоит из серого и белого вещества – тел нервных клеток и их отростков, а также клеток другого типа. Пока что мы не нашли абсолютно все типы нейронов и других клеток мозга, а также не разгадали их функции. Кристоф Кох и его коллеги называют это «периодической таблицей типов клеток мозга». Сортировка нейронов не так проста: нужно учитывать роль генов, форму клеток, уникальное электрическое поведение, а также области мозга, к которым эти клетки относятся.

2. Как изменяется мозг под воздействием заболевания?

Многие психоневрологические заболевания не влияют равномерно на весь мозг, а скорее связаны с действием на определенные типы клеток. Решив первую проблему, то есть составив карту всех типов клеток, ученые смогут увидеть, на какие из них нацелены различные заболевания. Впоследствии можно разработать методы лечения, которые бы воздействовали только на поврежденные клетки. Например, это было бы актуальным для лечения детей с синдромом Драве, при котором в раннем возрасте возникает тяжелая форма эпилепсии, вызванная мутацией в одном гене и влияющая на определенный класс нейронов.

3. Как нейроны общаются друг с другом?

Мозг фукционирует посредством синапсов – специальных контактов между нейронами. Большинство из них используют несколько самых часто встречающихся сигнальных молекул-нейромедиаторов (ГАМК или глутамат). Но, оказывается, есть множество других молекул, действие которых нам пока что неизвестно. Например, ученые до сих пор до конца так и не понимают, на какие молекулы воздействуют антидепрессанты или опиоиды. Совместными усилиями сейчас проводится проект IARPA MICrONS, цель которого – составление карты зрительной коры мыши, содержащей около миллиарда синапсов. После составления этой карты исследователи будут изучать, какие молекулы в каких синапсах «обитают».

4. Как работает мозг?

Помимо расшифровки типов клеток и их связей между собой нам нужно понять, как все структуры мозга интегрируются и создают поведение человека. Если раньше ученые получали информацию только от нескольких нейронов за раз и пытались вывести общие закономерности, то сейчас можно наблюдать в реальном времени за десятками тысяч нейронов.

5. Как мы можем понять мозг?

Чтобы осознать какой-либо феномен, нам нужно постараться его объяснить. Этот подход особенно применим в физике, но даже простые вопросы нейробиологии оказываются сложными для понимания. Кристоф Кох считает, что «не может быть простого пути к пониманию сложных систем, сформированных при помощи естественного отбора».

Прорыв в области нейронаук, который позволит найти ответы на существующие вопросы, требует больших вычислительных мощностей. Ведь даже для объяснения простых феноменов используются многочисленные компьютерные модели.

В последние годы возрос интерес к нейронаукам, что повлекло за собой большее количество исследований и более активное финансирование таких проектов как BRAINInitiative. Мы живем в золотую эру исследований мозга, появляется все больше институтов и лабораторий, которые исследуют вопросы, о которых мы и не думали 20 лет назад.


Текст: Мария Богданова

Индивидуальные модели связей в мозге помогут понять разницу между людьми

Архитектура нейронных связей у всех людей отличается, и с этим неразрывно связано то, насколько быстро они способны решать различные когнитивные задачи. Исследователи из Университета Буффало…

Как улучшить мозг при помощи виолончели

Сотрудники Университета Макгилла в Канаде обнаружили укрепление связей между моторными и аудиторными отделами головного мозга. Это выяснилось в ходе сканирования мозга участников на фМРТ во…

Мозг одинаково контролирует реальные и воображаемые движения

Учёные из Каролинского института в Швеции сообщили, что движения, которые мы воображаем, могут изменить наше восприятие так же, как и реальные. Исследование, опубликованное в Nature Communications, поможет понять, как…

Неинвазивная, но глубокая стимуляция мозга: новый прорыв?

Электрическая стимуляция зон, участвующих в управлении движением – успешный метод терапии болезни Паркинсона. Но этот подход требовал имплантации в мозг пациента электродов – сложной процедуры…

Не пытайтесь намеренно забыть что-то!

Психологи выяснили, что в долгосрочной перспективе ментальная установка «забыть» действует также, как и установка «запомнить». Результаты исследования, подтверждающие, что обе установки способствуют запоминанию информации, опубликованы…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 109. Человеческие «нейроны Дауна» в мозге мыши

Исследователи из Имперского колледжа Лондона и Кембриджского университета впервые наблюдали за тем, как растут нейроны и образуются связи между ними после переноса клеток из мозга…

Нейростарости. Борьба со страхом через «разрушенные» воспоминания

В жизни каждого уравновешенного и серьёзного человека есть такие маленькие паучок, змея, ящерица, кузнечик и прочие объекты леденящего душу ужаса, завидев которые, он готов залезть…

Непонятное, но эффективное лечение «Паркинсона»

Мы продолжаем знакомить вас с материалами о болезни Паркинсона из журнала Nature. Сегодня наша тема  — метод, который давно уже применяется для терапии заболевания, однако до…

Прозрачная муха и новый подход к изучению строения нервной системы

Ученые из Венского технологического института разработали новый элегантный метод для изучения строения нервной системы дрозофилы на уровне отдельных нейронов и связей между ними. Описание метода…