Наши обзоры самых важных новостей из мира нейронаук за 2022 год, по версии редакции, продолжаются фундаментальными открытиями. И это далеко не только открытия новых типов клеток, новых функциональных зон мозга или новых функций хорошо изученных его частей. В прошлом году мы узнали немного больше о том, как работают память и мозговая система навигации, как контролируются нервно-мышечные взаимодействия, как внутренние органы «общаются» с мозгом, о том, что аксон не всегда выходит из тела нейрона и что «рептильный мозг» — весьма современен вопреки устоявшимся мифам, а также о некоторых других фундаментальных особенностях нейрофизиологии и нейроанатомии.
Мы решили объединить в этот раздел все то, что было в этом году найдено в закоулках нашего мыслительного аппарата. Например, нейроны пения. Они реагируют на определенное сочетание голоса и музыки и расположены в верхней части височной доли, рядом с областями, избирательно отвечающими за язык и музыку. Или нейроны счета — активируются при таких математических операциях, как сложение и вычитание, и расположены в тоже в височной коре, но немного другой ее части — медиальной.
Приз редакции за самое милое исследование уходит работе, в ходе которой были обнаружены нервные волокна «нежных прикосновений». Речь идет об интернейронах в спинном мозге, волокна которых несут в мозг головной информацию о мягких поглаживаниях (от рецепторов легких прикосновений на коже), имеющих важное значение в развитии социальных взаимодействий.
Новшества наблюдаются и в сфере нейрогастрономии (эта область нейронаук появилась в 2005 году). Ученые открыли специфическую популяцию нейронов, которая реагирует исключительно на визуальные образы еды, мастерски отличая их от похожих несъедобных объектов. Назвали ее вентральным пищевым компонентом (VFC).
Наши знания о балансе состояний сон-бодрствование пополнились пониманием того, воздействие на какие клетки способно удлинять период активности. Путем хитрых манипуляций с психостимуляторами, а также опто- и хемогенетикой (на мышах, конечно же) ученые разобрали сложную цепь связей биологических часов и соматостатин-содержащих нейронов «активности» в боковой перегородке, которые способны эти часы удерживать в режиме бодрствования. А в сетчатке глаза обнаружен новый тип ганглиозных клеток, обладающих системой собственных внутренних вычислений. Но больше всех «выделился» островок, в котором исследователи проекта Human Brain Project открыли аж семь новых анатомических областей, отличающихся по организации клеточного состава.
Исторически было известно еще довольно давно, что мозжечок координирует мышечную деятельность, отвечает за запись двигательных автоматизмов и вообще представляет собой такой хаб, преимущественно участвующий в двигательной сфере нейрофизиологии. Однако позже открылось его участие в познании и некоторых иных высших когнитивных функциях, а теперь еще и в обработке эмоций. Выяснилось, что он принимает непосредственное участие в обработке и хранении эмоциональной информации.
Мозговой «морской конек» — область весьма богатая на функции, но наиболее активно участвующая прежде всего в формировании воспоминаний. Ученые смогли доказать, что именно область гиппокампа CA2 влияет на организацию процесса запоминания в целом через острые волновые пульсации электрической активности нейронов, передающиеся в область СА1. Таким образом она помогают координировать консолидацию долгосрочной памяти. А в другой работе пошли дальше и установили, как эти островолновые колебания гиппокампа позволяют поддерживать «диалог» с корой мозга для перезаписи памяти из кратковременной в долговременную.
Но, пожалуй, одно из самых прорывных исследований позволило доказать, что энторинальная кора, не входящая в состав гиппокампа, управляет им, указывая, как необходимо изменить расположение и активность нейронов, чтобы записался новый опыт. Факт того, что одна область мозга так специфично управляет процессами нейропластичности другой, может претендовать на попадание в топ самых значимых открытий в нейробиологии за последние годы.
Согласитесь, дорогу к любимой булочной или ларьку, где делают самую вкусную шаурму, вы можете вспомнить даже с закрытыми глазами. Как выяснилось, за это несут ответственность не только «клетки места» в гиппокампе и энторинальной коре, но и грушевидные нейроны обонятельной коры (часть лобной коры). Они способны формировать свою «карту пространства» на основе запахов, сонастраивая ее с навигационной системой мозга. И мы безошибочно способны запомнить, в каком месте что «унюхали».
Оказывается, диктует, когда нам стоит пить, кишечник. Исследователи обнаружили основной сенсорный путь передачи сигналов осмоляльности, регулирующих жажду, от кишечника в мозг. Этот сенсорный путь удалось открыть благодаря исследованию системы воротной вены, проходящей через кишечник. Нейроны блуждающего нерва активировались при изменениях осмоляльности в кишечнике, причем, по-разному — в зависимости от жидкости.
Барьер, напоминающий гематоэнцефалический, обнаружился в нервно-мышечном соединении. Его работу и защиту аксона от избытков нейромедиатора обеспечивают глиальные клетки за счет ферментов металлопротеиназ.
Сенсорный гомункулюс есть, моторный тоже, а теперь обнаружился и висцеральный гомункулюс — нейронное представительство внутренних органов в головном мозге, но не в коре, а гораздо ниже — в стволе. Эта роль, как выяснилось, принадлежит ядру солитарного тракта, которое получает сенсорную информацию от внутренних органов через блуждающий нерв и передает ее в области мозга более высокого порядка. То есть по сути оно играет роль внутренних сенсорных ворот от органов для мозга.
Концепция «триединого мозга», утверждающая, что некоторые области мозга более древние, чем другие, давно требовала тотальной ревизии. И получила ее, фактически с опровержением. Ученые доказали, что даже если мозг и состоит из модулей развития, определяемых древними и общими молекулярными детерминантами, то эволюция мозга воздействует на каждый модуль, коррелируя как с локальной, так и с дальней связью. Это дало основание для формирования «эволюционного» атласа клеток мозга.
Исследователей давно мучает вопрос о том, как мозг воспринимает и кодирует время. Попытки это понять предпринимаются давно, но это исследование, пожалуй, дает довольно много ответов. Цилии (реснички), находящиеся на нейронах полосатого тела и представляющие собой антенноподобные органоиды, отходящие от клеточной поверхности, функционируют не только как рецепторы сенсорных стимулов окружающей среды, но и как координаторы своевременного поведения в ответ на соответствующий стимул. Оценка времени позволяет своевременно выбирать соответствующие сенсорные реакции на окружающую среду. Но если цилии полосатого тела не работают, то и функционирование рабочей памяти, внимания и принятия решений, требующее точного определения времени, нарушается.
Ну и в завершении расскажем о новых картах головного мозга. В этом году исследователи составили самые масштабные карты мозга развивающегося, мозга стареющего, а также карту распределения основных нейромедиаторов в зависимости от их функционала.
Подготовила Анна Хоружая
