На некоторое время по причине нехватки ресурсов и сил мы приостановили публикацию новых обзоров ведущих журналов. Но вот — появилась возможность продолжить. Новый месяц – новые открытия. В этом дайджесте мы собрали самые важные новости, имеющие отношения к нейронаукам и опубликованные в февральском журнале Science (о которых мы не писали). От механизмов нарушения сна к работе хлоридных насосов и поиску генов, оказывающих наибольшее влияние на формирование мозга. Ну а все наши долги мы за июнь вам отдадим, дорогие читатели!
Выпуск #375
В первом февральском выпуске можно выделить три работы, которые описывают научные изыскания в области нейронаук.
В проспекте под названием “Адаптивное устройство нейронных сетей искусственного интеллекта” описывается идея нейроморфных (похожих на мозг) технических схем для организации ИИ. В нейроморфных схемах ученые пытаются воспроизвести функциональную и структурную пластичность мозга с помощью электронных компонентов, то есть технически сделать так, чтобы схема могла перестраиваться в зависимости от получаемых данных (опыта). Проспект описывает исследование “Реконфигурируемая электроника для искусственного интеллекта из перовскитных никелатов”, где ученые используют материал перовскитный никелат неодима, который может при комнатных температурах менять свою конфигурацию и, следовательно, функциональную роль (нейрон, синапс, резистор или конденсатор). Ученые разработали прототип экспериментальной нейросети, которая продемонстрировала высокодинамичную структуру, характеризующуюся более высоким показателем обучаемости по сравнению со статическими нейросетями.
В статье “Обнаружение геномных локусов коры головного мозга человека с использованием генетических атласов мозга” ученые провели полногеномное ассоциативное исследование (GWAS) на 40000 взрослых и 9000 детей с целью понять, какие генетические мутации влияют на развитие коры больших полушарий. Суть GWAS заключается в том, чтобы, используя микрочипы, проанализировать частоту однонуклеотидных изменений гена (SNP). Микрочипы позволяют одновременно генотипировать от десятков до миллионов SNP. Благодаря такому анализу ученые обнаружили более 400 генетических локусов, которые влияют на формирование коры мозга и ее толщину. Притом эти локусы сохранялись с возрастом.
В статье “Исследование подпороговой динамики нейронов гиппокампа с помощью импульсной оптогенетики” авторы изучали процесс преобразования возбуждающих и тормозящих (оба — подпороговые) сигналов пирамидальных нейронов в потенциал действия. Мыши, свободно передвигающиеся по клетке, подвергались оптогенетической стимуляции гиппокампа, после чего ученые отслеживали динамику подпороговой активности клеток. Исследователи обнаружили, что при островолновой активности гиппокампа возбудимость клеток снижается. Их стимулирование позволяло увеличить внутреннюю возбудимость благодаря снижению тормозящей активности и, более того, позволяло “перепрофилировать” изначально неспецифические клетки: помочь этим клеткам реагировать строго на определенное местонахождение в пространстве.
Выпуск #375
Во втором выпуске можно выделить две публикации про нейрокогнитивные исследования. Одну из них, которая называется “геометрия простраственного кодирования элементов рабочей памяти в префронтальной коре макак” мы уже описали в отдельной нейроновости.
Вторая публикация “Ограничение калорий у людей выявляет иммунометаболические регуляторы продолжительности здоровой жизни” рассказывает о том, что снижение потребления энергии без недоедания (то есть ограничение калорийности) задерживает старение и возникновение возрастных заболеваний у многих животных. В своем отчете ученые исследовали показатели иммунной функции у людей, которым ограничили потребление калорий на 14% в течение 2 лет. Ограничения приводили к снижению экспрессии гена PLA2G7 (platelet-activating factor acetylhydrolase), что, в свою очередь, уменьшило воспалительные реакции и улучшило маркеры функции тимуса. Находясь на стыке метаболизма и иммунитета, PLA2G7 может служить своеобразной мишенью для коррекции иммунометаболических дисфункций и потенциально может использоваться для увеличения продолжительности здоровой жизни.
Выпуск #375
В третьем выпуске можно обнаружить интересную рецензию на книгу Томаса Инсела, директора Института ментального здоровья, “Исцеление: наш путь от психического заболевания к психическому здоровью” (“Healing: our path from mental illness to mental health”), о том, почему столько научных изысканий в области ментального здоровья не улучшили ситуацию с психическими заболеваниями в США. В книге автор рассказывает об истории исследований ментального здоровья, о текущих методах лечения, об отсутствии достаточного внимания к факторам возникновения ментальных заболеваний, об излишней “трансинституализации”, которая препятствует решению ментальной проблемы. В конце Инсел описывает признаки недостаточно эффективной медицинской инфраструктуры для решения ментальных проблем.
“Я убежден, что кризис ментального здоровья может быть решен лишь в том случае, если достаточное внимание будет уделено социальным проблемам и факторами” — пишет Инсел, заставляя нас вспомнить, что ни одна болезнь не развивается изолированно от среды, где мы живем.
В статье Мауда Мартина и коллег “Искусственные лиганды Wnt обеспечивают восстановление ГЭБ при неврологических заболеваниях” описывается “заплатка” для гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), неспецифическая для других тканей. Ученые использовали лиганды Wnt7a/b с рецепторным комплексом Gpr124/Reck на мышах (моделях опухолей головного мозга и ишемического инсульта), что позволяло им на длительное время нормализовать ГЭБ.
В работе Чжесинь Ванга и его коллег “Структуры интактных миофибрилл раскрывают механизм регуляции тонких филаментов через небулин” с помощью криоэлектронной томографии демонстрируется то, как небулин влияет на длину и силу одного из двух основных компонентов мышцы — тонких филаментов (есть еще толстые, помните?). Ученые показали механизм стабилизации тонких филаментов под влиянием белка небулина, подробно описали его молекулярную структуру и объяснили, почему он становится “молекулярным менеджмером” мышц.
Credit: Wang et al / Science, 2022
Наконец, статья Николо Сапорале “От когорт к молекулам: неблагоприятное воздействие смесей, разрушающих эндокринную систему” описывает субстанции из окружающей среды, которые могут нарушать работу эндокринной системы человека. Вредные для эндокринной системы вещества негативно влияют на гормональную регуляцию в любом возрасте. А если действуют еще и в сумме, то эффект усугубляется. Ученые показали связь между различными неблагоприятными молекулами и рисками возникновения трудностей в языковом развитии ребенка. Они показали, что микс неблагоприятных веществ вызывает гормональную дисрегуляцию и способен приводить к возникновению аутистических расстройств. Более того, они обнаружили, что у 54% беременных женщин, родившиеся дети имеют повышенную вероятность задержки речевого развития.
Выпуск #375
Наконец, стоит упомянуть еще две статьи из последнего февральского номера Science. Статья “Излишне активированные возбуждающие нейрональные цепи вызывают возрастную нестабильность сна” описывает механизм дегенерации подкорковых структур, которые приводят к ухудшению качества сна. Ключевую роль здесь играет повышение возбудимости гипокретиновых нейронов. С возрастом гипокретиновые нейроны показывают бОльшую активность во время сна. Она коррелирует с фрагментированностью сна у пожилых. Более того, после оптогенетической стимуляции таких нейронов у мышей их активность увеличивалась вместе с периодом бодрствования. С помощью медикаментозного влияния на определенные ионные каналы этих нейронов можно уменьшить возбуждающую активность таких клеток и стабилизировать сон.
В статье “Динамика и механизм белкового Cl- насоса, регулируемого светом” изучаются ионы хлора в сетчатке. Авторы скомбинировали методы рентгеновской кристаллографии, спектроскопии и вычислительных моделирований и создали молекулярную анимацию транспортирования хлоридов через свето-активируемые ионные каналы (хлородопсины).
Подготовил Никита Отставнов
