Нейронауки 2018: что мы узнали?

6 января 2019

Природа человеческая такова: нам нужно составлять списки самых-самых. Ради интереса мы посмотрели на топ нейроновостей по версии редакции портала Live Science. С чем-то согласились, что-то показалось нам спорным,  и мы составили свой обзор. Итак, вот первая часть открытий, которые вошли в нейротоп-2018 по версии редакции портала Neuronovosti.ru. Для лучшего понимания мы поделили их на разделы.


Нейроанатомия

В мозге человека найдены новые нейроны

Казалось бы, на дворе 2018-й год – ну что нового можно узнать о гистологии головного мозга? Ан нет! Венгерские исследователи из Сегедского университета совместно со своими коллегами из Алленовского института наук о мозге (США) нашлив теменной коре человека новый вид нейронов, который назвали нейронами шиповника. И правда, если присмотреться, то своей чрезвычайной ветвистостью клетки напоминают мохнатый плод шиповника сразу после опадания лепестков цветка.

Нейроны шиповника в сравнении с корзинковыми нейронами (черный) и нейроглиоформными клетками (голубой). Credit: Allen Institute for Brain Science


Исследователи из Венгрии воспользовались сочетанием морфологического и электрофизиологического методов, чтобы изучить форму и свойства нейронов, а американская часть научной группы провела подробный ДНК-анализ. И по профилю генной экспрессии стало понятно, что «нейроны шиповника» уникальны и не встречаются в мозге мышей и других подопытных животных – частых моделей нервных болезней.

Пока что известно, что эти нейроны в качестве нейромедиатора выделяют гамма-аминомасляную кислоту, что относит их к классу тормозных. Но ученые считают, что по тому, насколько выборочно они связываются с другими нервными клетками, нейроны шиповника отвечают за избирательное торможение – как если бы в вашем автомобиле были тормоза, срабатывающие лишь возле булочной.

Не клетками едиными – в мозге найдена новая область

В месте, где головной мозг переходит в спинной, ученым из Австралийского нейронаучного центра удалось обнаружить новую область – эндорестиформное ядро, которое получило свое сложное название, исходя из своего анатомического расположения. И пока что эта крошечная зона размерами не больше рисового зернышка тоже отличает нас от других животных.

Ядро обнаружило себя благодаря новой технике окрашивания, которая позволила сделать изображения тканей более отчетливыми за счет выделения определенных нейромедиаторов. Исследователи, проанализировав расположение нервных волокон, выяснили, что ядро получает осязательную и двигательную информацию от тела и контролирует осанку, положение в пространстве и движения.

Каналы между черепом и мозгом

Как выяснилось, остались белые пятна и в анатомии черепа. Исследователи из Гарварда и Бостона, изучая тонкости того, как иммунные клетки крови «добираются» до мозга во время инсульта или травматического повреждения, «внезапно» обнаружили крошечные каналы, которые соединяли костный мозг непосредственно с твердой мозговой оболочкой (оболочек у нашего мозга три, и твердая – самая внешняя).

Ученые определили, что после инсульта, чтобы добраться до поврежденных участков, нейтрофилы по каналам двигаются со стороны черепа к мозгу и, таким образом, оказываются в месте «аварии» достаточно быстро. Однако, пока все равно не до конца понятно, зачем эти каналы нужны.

Картируй, картируй мозг полностью

Пятнадцать лет понадобилось нейробиологам Алленовского института мозга, чтобы расшифровать ДНК и составить соответствующий транскриптом (карту РНК) 24 тысяч из одного миллиона нейронов коры головного мозга мышей. При том, что они изучили только ту область коры, которая отвечает за обработку визуальных и моторных импульсов. И это лишь первая ступень в глобальной классификации нервных клеток по их структуре, электрической активности и экспрессии их генов.

А вот ученые из Медицинского института Говарда Хьюза в Вирджинии воспользовались работой коллег из Института Аллена и с помощью их классификации открыли в мозге мышек два новых типа нейронов (теперь известно 133 их типа): нейроны, которые участвуют в подготовке, например, лизания языком, и нейроны, запускающие сам процесс.

Луноходные нейроны

Ну и интересные новости анатомии пришли из зоологии. Ученые занимались исследованием довольно просто устроенной мухи дрозофилы и наткнулись на забавный факт. Ее нейроны, которые отвечают за остановку движения вперед и движение назад (нейробиологи назвали их луноходными нисходящими, сами догадайтесь, почему), контролируют это поведение как у личинки, которая ползает, так и у взрослой особи, обладающей тремя парами конечностей и сложным рисунком движений. Удивительная пластичность на уровне всего двух нейронов.

Нейрофизиология

Обновляются ли в мозге нервные клетки?

Сколько же шума наделала мартовская статья из журнала Nature! По сути^ представители Университета Сан-Франциско разгромили теорию нейрогенеза во взрослом человеческом мозге, попытавшись доказать на примере 37 образцов посмертных тканей и 22 образцов после хирургического иссечения у пациентов, лечившихся от эпилепсии, что они не нашли ни одного признака молодых нейронов или стволовых клеток в гиппокампе – зоне, где считается, что происходит наиболее активное рождение новых клеток.

Джейсон Снайдер (Jason S. Snyder), один из самых известных исследователей этого феномена, ответил на статью крайне взвешенным (если не считать заголовка «Какого х…» (WTF) и обоснованным обзором того, что думают о нейрогенезе ученые на сегодняшний день, и предостерег коллег делать слишком поспешные выводы, основанные на слишком категоричных и жестких экспериментах.

После этого буквально через месяц ответ пришел уже из Колумбийского университета, где выяснили, что наш мозг продолжает производить до сотни новых нейронов в день, даже после того, как мы достигнем семидесяти лет. И сразу за ним последовал еще один ответ из МФТИ, Университета Стони Брук и лаборатории Колд Спринг Харбор, в котором говорится, что, скорее всего, стволовые нервные клетки в мозге делятся не так, как другие – не симметрично пополам. Так что дискуссия продолжается…

Привет из прошлого

От создателей теории энграмм и людей, которые продолжают «покорять» механизмы памяти. В лаборатории Массачусетского технологического института под руководством знаменитого Сусуму Тонегавы совершили очередное открытие, выяснив, зачем нам все эти воспоминания и ощущения, наваливающиеся на нас, когда мы попадаем в какую-то знакомую или связанную с ярким эпизодом жизни обстановку.

Оказывается, этот механизм – побочка эволюционного приспособления, которое помогает нам обостренно воспринимать детали и таким образом быстро подстраиваться под разные ситуации. При этом устоявшиеся нейронные сетки (энграммы) с хранящейся в них долговременной памятью сильно не меняются, что дает нашему уму гибкость. Ну а записывающиеся при этом воспоминания… Принимайте их, как подарок эволюции. Что делать, иногда подарки тоже бывают не слишком приятными.

Вернуть мозгу младенческую пластичность

Мечтаете о лекарстве от старости и когнитивного спада? Скорее всего, эта работа здорово поможет исследователям, которые работают в этом направлении. Ученые из Института Солка не просто раскрыли механизм пластичности молодого мозга, который обеспечивают, на секундочку, астроциты (глиальные клетки звездчатой формы), но и вернули взрослым мышам способности запоминать и обучаться, какие наблюдаются у маленьких мышат.

Однако, не все так радужно, как может показаться на первый взгляд. Выяснилось и то, что если с геном астроцитарного белка, который действует в качестве «сигнала к взрослению», что-то не так, то могут развиться шизофрения или биполярное расстройство. Так что перед тем, как начать «омолаживать» мозг и активизировать процессы пластичности после инсультов или травм, ученым предстоит научиться жестко контролировать этот процесс.

На изображении астроцитарный сигнальный белок показан красным цветом, астроциты — голубым, а нейроны — темно-синим цветом. Credit: Институт Солка


Откуда в мозге клетки иммунитета?

Еще один миф выражается в весьма часто используемой физиологами фразе о том, что «благодаря гематоэнцефалическому барьеру, который надежно защищает мозговое вещество от иммунных клеток из крови, наша иммунная система в общем-то не в курсе, что есть мозг». Что говорить, суждение долгое время было вполне обоснованным, пока его в 2018-м году не разбила вдребезги эта работа.

Нидерландские исследователи, подробнейшим образом изучив мозг умерших людей, который им предоставил Нидерландский банк мозга, обнаружили, что в мозге действительно есть свой иммунитет. И это не микроглия, которую часто так называют. Он представлен полноценными резидентными Т-клетками памяти, то есть Т-лимфоцитами, которые «живут» в мозговой ткани близ кровеносных сосудов, не циркулируют по организму и выполняют цитотоксическую защиту мозга от местных патогенов. Правда, они же обладают и способностями запускать некоторые аутоиммунные и нейродегенеративные заболевания.

Мозг и космос – не самый благоприятный союз

Космические полеты, особенно длительные – не такая уж и безвредная вещь, как выяснили наши соотечественники совместно со своими иностранными коллегами. Исследователи изучили мозг десяти наших космонавтов до полета на МКС, а также сразу после 189 дней, проведенных на орбите, и через 209 суток.

Сравнительные изображения. Синим показаны области уменьшения серого вещества, оранжевым – увеличения объема спинномозговой жидкости.


Оказалось, что за время полета в некоторых областях мозга уменьшается объем серого и белого вещества, а также перераспределяется и увеличивается объем ликвора. Все бы ничего, но даже через полгода после приземления объем серого вещества восстановился не везде, а объем белого вещества еще сильнее уменьшился. Это тревожные вести, исходя из перспектив в дальнейшем начать активное освоение космоса.

Раз, два, три – елочка, гори!

Вот вы задавались вопросом, как наши нервные клетки считают числа? А ученые из Университетов Бонна и Тюбингена задались и выяснили. Они давали пациентам нейрохирургического отделения, которым по клиническим показаниям вживляли в мозг электроды, упражнения на счет и при этом регистрировали активность отдельных нейронов в медиальной части височной доли коры головного мозга.

Оказалось, что символические числа (то есть абстрактные величины, которые можно представить в виде цифр, например, просто 20) и несимволические числа (то есть числа, представление о которых можно получить непосредственно по количеству каких-то предметов, например, 20 ламп) обрабатываются по-разному: за работу с символическими и несимволическими числами отвечают разные группы нейронов, причем не существует нейронов, которые работали бы одновременно с числами обоих видов.

Чем меньше дендритов, тем «умнее» мозг

Credit: Rex E. Jung et al. / Nature Communications


Интересную связь между количеством коротких отростков нейронов и интеллектом нашли исследователи из Германии и США. Оказалось, что чем менее плотно соединены друг с другом нервные клетки, тем эффективнее они взаимодействую друг с другом. Это способствует более направленной обработке информации и меньшей активности коры в процессе рассуждений.

Тем не менее есть и свои ограничения. Например, тест IQ нельзя считать абсолютным признаком интеллекта, скорее, это показатель скорости мышления. Что, в общем, тоже неплохо.

Шумодав в нашем мозге

Как бы жили без этого приспособления, даже представить сложно. Наверное, сошли бы с ума от многообразия звуков, начиная от стука нашего собственного сердца и заканчивая шумом машин, а также совершенно не могли бы расслышать своего собеседника в условиях, далеких от идеальной тишины. И американские ученые из Университета Дьюка и Нью-Йоркского университета разобрались, как работает встроенная в наш мозг система избирательного шумоподавления.

В ход пошли мыши, которым во время вышагивания по движущейся дорожке заменяли звук шагов в наушниках на другой неестественный звук (например, звон колокольчика). Конечно, в ходе этого действа записывали активность мозга, и обнаружилось, что шумоподавление происходит в инфрагранулярных слоях клеток слуховой коры (височные области), которые «выводят» информацию и отправляют ее в другие отделы мозга.

Как мозг понимает время?

Credit: Норвежский университет естественных и технических наук


Наверное, пока слишком рано, чтобы мы могли ответить на этот вопрос максимально развернуто, но некоторые ответы уже поступили из Института Кавли и прямо из рук Мэй-Бритт и Эдварда Мозеров (те самые Нобелевские лауреаты 2014 года, открывшие GPS мозга) вместе с их коллегами.

Оказалось, что время записывается нашим мозгом в виде уникальных воспоминаний, которые он «раскладывает» по определенным временным точкам. И все это происходит в боковой части энторинальной коры (ЛЭК), которая находится справа от медиальной области, где в свое время были найдены клетки координатной сетки (та самая GPS). То есть наше личное времявосприятие формируется и измеряется нашим мозгом в виде опыта и тех событий, которые его составляют.

Нейроэтика

Есть ли сознание у мозга «из пробирки»?

В этом разделе у нас всего одна статья, зато какая! Она подняла целый пласт рассуждений о том, нужно ли вообще рассматривать с точки зрения этики эксперименты с 3D-культурами нейронов коры головного мозга, которые выращиваются из стволовых клеток.

Все бы ничего, но мозгоподобные органоиды через шесть месяцев после «рождения» начали проявлять электрическую активность, подобную той, которая наблюдается у развивающегося мозга малышей, родившихся недоношенными. То есть ученые создали модель, аналогичную мозгу младенцев, рожденных на 19-25 неделе. А это уже серьезная заявочка, которая ставит международный этический комитет в тупик и заставляет всерьез говоритьо возможных мерах регулирования.

Выбор редакции

Ну и, наконец, фавориты нашей редакции. Мы не решили, в какую рубрику можно отнести эти работы, но не рассказать о них не смогли.

Понимает ли ваша собака то, что вы ей говорите? Да! И ученые из Университета Эмори (США) это смогли доказать, впервые проведя функциональную магнитно-резонансную томографию двенадцати любимцам, которых хозяева предварительно обучали, показывая игрушку и одновременно называя ее. Как оказалось, сначала слово может иметь смысл просто привлечения внимания, но затем собаки учатся их дифференцировать и наполняют реальным смыслом.


А теперь плохая новость для вегетарианцев. У растений тоже есть чувства, и они тоже «мучаются», когда вы их срываете и едите! Оказалось, что у растений есть некое подобие нервной системы, главным передатчиком в которой работает глутамат – один из самых распространенных нейромедиаторов мозга животных. И повреждение листьев в одном месте (например, когда их начинает есть гусеница) запускает образование защитных гормонов, ядов и разнообразных «невкусных» веществ во всех листьях растения.

На этом первая часть нашего большого обзора окончена, а в следующей части мы поговорим о том, что мы за 2018-й год научились с нервной системой делать.

 


Подготовила Анна Хоружая

 

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

Нейронауки в Sciencе и Nature. Выпуск 111. Развитие мозга – обзор Science

На прошлой неделе новый выпуск Science порадовал всех любителей нейронаук превосходными обзорами, посвящёнными последним достижениям в понимании процессов, лежащих в основе развития мозга. Разумеется, в…

От Питера до Нижнего с нейронауками на борту

Любой научный журналист знает, что любая научная конференция сама по себе – не новость. Ну хорошо, точнее – новость, но для отдела «Общество». Тем, кто…

Восстанавливаются ли всё же нервные клетки? Часть 2

На днях мы опубликовали новость о серьёзных и небезосновательных сомнениях учёных в том, что нервные клетки восстанавливаются. Подробнейшим образом изучив образцы тканей людей разного возраста, исследователи пришли к…

Глиома: разбудить и уничтожить

Российские ученые предлагают для лечения раковых опухолей сперва искусственно пробудить клетки рака, а потом убивать их в момент активации. Их обзорная статья, посвященная механизмам молекулярной…

День в истории: женщина, поставившая барьер между мозгом и кровью

Наша иммунная система не знает о присутствии в нашем организме мозга благодаря ему – гематоэнцефалическому барьеру (ГЭБ), концепция которого сформировалась ровно 100 лет назад. За…

Как мы видим то, что видим: нейронауки и нейротехнологии на симпозиуме SPCN2016

В самый разгар белых ночей в Санкт-Петербурге проходят не только фестиваль выпускников школ, турнир по игре  «Что? Где? Когда?». Нашлось место в эти дни место…

Лекарства против Альцгеймера: ещё одна попытка, новая мишень

Неудачи в клинических испытаниях «прорывных» препаратов против болезни Альцгеймера стали уже притчей во языцех (вот небольшойобзор провалов препаратов). Однако попытки найти «волшебную пулю» по определению Эрлиха…

Как нервные клетки считают числа

В обзоре о нейронауках в ведущих журналах, который появился на нашем сайте на днях, мы вкратце описали то, как на разную числовую информацию реагируют разные…

Нейрожурнал: Neuropeptides

Обложка последнего номера журнала Издатель: Elsevier Импакт-фактор: 2,486 Cайт: http://www.neuropeptidesjournal.com/   В работе нервной системы часто выделяют два типа молекул – небольшие нейромедиаторы, липидные молекулы,…

Нейронауки в ведущих журналах. Обзор 2: «вымирание памяти» и мысли кишечника

Представляем вам небольшой нейробиологических статей из последнего номера журнала Cell. Как отмена наказания влияет на память о нем Наверняка многие помнят рассуждения князя Мышкина о…

Нейронауки в ведущих журналах. Обзор 3: воспалительная природа депрессии и общение, борющееся с зависимостью

Мы продолжаем добрую традицию кратких рассказов о последних новостях нейрона из ведущих журналов. Представляем вашему вниманию обзор некоторых статей из свежих номеров журналов Neuron и Nature Neuroscience….

Нейронауки в ведущих журналах. Обзор 4: аутизм, болезнь Альцгеймера и сон

Новый год на портале Neuronovosti.Ru мы начинаем с очередного обзора ведущих журналов. Сегодня мы расскажем вам о молекулярных механизмах аутизма, новом предположении о патогенезе болезни Альцгеймера,…

Нейронауки в ведущих нейрожурналах. Обзор 1: взгляд в глубины мозга

В течение последнего месяца в лидирующих журналах по нейронаукам – Neuron и Nature Neuroscience – вышли публикации, посвящённые самым разным аспектам работы нервной системы. Исследовали…

Нейрообзор: что общего у болезни Альцгеймера и сахарного диабета?

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 90. Возможно, то, что заболеваемость этими недугами каждый год стремительно растет, а возможно – то, что в 2015 году…