Неутомимое развитие взрослого мозга

8 июня 2019

Анатомическая структура мозга млекопитающих мало меняется с течением жизни. Однако, оказалось, что есть области, которые подвергаются достаточно сильным изменениям. Ранее считалось, что способность к обучению и память зависят от специфических изменений в синапсах. Одним из исключений, как недавно установили, являются нейроны обонятельной луковицы, рождение которых происходят в течение всей жизни млекопитающего.

Светло-коричневым в центре изображения показан “новый взрослый” (new adult-born) нейрон. Нейроны синего цвета- это нейроны-синаптические партнеры, которые соединяются с новыми нейронами. Темно-коричневые нейроны — ранее существовавшие. NeuroscienceNews.com image is credited to Institut Pasteur/PM Lledo.

Учёным из Института Пастера и Национального центра научных исследований (НЦНИ) Франции (Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS) удалось осуществить наблюдения в течение нескольких месяцев в режиме реального времени, которые показали, как в обонятельной луковице мышей формируются и развиваются новые зрелые нейроны. Произошло удивительное открытие: оказывается, в связях, образованных этими новыми нейронами, имеется постоянная структурная пластичность с сетями, в которые они вовлечены. Учёные доказали, что это нейронное развитие даёт возможность оптимальной обработки сенсорной информации обонятельной луковицей.

Хотя большинство нейронов развивается во время эмбриогенеза, некоторые области мозга, такие как обонятельная луковица у грызунов и гиппокамп у людей, способны к нейрогенезу на протяжении всей жизни. Ученые впервые окончательно обнаружили эти «новые взрослые» нейроны приблизительно 15 лет назад, но их функция оставалась тайной, главным образом потому, что их невозможно изучать у живых существ.

В статье, опубликованной в журнале Neuron в 2016 году, учёные из Института Пастера под руководством Пьера-Мари Льедо (Pierre-Marie Lledo) из НЦНИ представляют новые свидетельства динамического характера изменений, наблюдаемых на нейронном уровне во взрослом мозге. Ученые провели несколько месяцев, наблюдая развитие нейронов, сформированных во взрослом возрасте в обонятельных луковицах мышей. Это дало им уникальную возможность видеть формирование, стабилизацию и устранение связей между нейронами в режиме реального времени.

Они показали, что в обонятельной луковице, где новые нейроны непрерывно формируются, связи между этими новыми нейронами и соседними клетками значительно перестраиваются в течение всей их жизни. Все эти нейроны постоянно реорганизовывают миллиарды синаптических контактов, которые они устанавливают между собой. Учёные были удивлены этим наблюдением.

«Мы ожидали увидеть синапсы, постепенно стабилизирующиеся, как это происходит во время развития мозга. Но удивительно, эти синапсы, оказывалось, были очень динамичными в течение жизни новых нейронов. Кроме того, эти движущие силы были отражены в основных нейронах, их первичном синаптическом партнере», — объяснил автор статьи, Курт Сейлор (Kurt Sailor), из Института Пастера.

Динамика синапсов у нейронов молодого животного и у новых нейронов взрослого одинакова. Kurt A. Sailor et al.

Чтобы наблюдать продолжающееся формирование нейронных схем, учёные отметили новые нейроны зеленым флуоресцентным белком (green fluorescent protein, GFP). Это сделало возможным отображение динамических изменений при помощи микроскопии. Эти эксперименты длились нескольких месяцев, чтобы проследить за всем жизненным циклом новых нейронов. За первые три недели своей жизни эти новые нейроны расширили свои дендриты, чтобы сформировать несколько разветвлений, которые впоследствии стали очень стабильными. Затем ученые наблюдали за нейронными шипиками, структурами, где синапсы формируются, и установили, что 20% синапсов между новыми и существующими ранее нейронами менялись ежедневно – явление, которое также наблюдалось в их синаптических партнерах, основных нейронах обонятельной луковицы. Используя компьютерные модели, авторы показали, что эти движущие силы позволили синаптической сети эффективно и надежно приспособиться к продолжающимся сенсорным изменениям в окружающей среде.

«Наши результаты предполагают, что пластичность этой постоянно восстанавливающей области мозга происходит при непрерывном физическом формировании и устранении синаптических связей. Эта структурная пластичность показывает уникальный динамический механизм, который жизненно важен для регенерации и интеграции новых нейронов в пределах взрослого конвектора», — делают вывод ученые.

В более широком смысле это исследование предполагает наличие универсального механизма пластичности в отделах головного мозга, которые тесно связаны с памятью и изучением.

Кстати, не так давно учёные из Гарварда разгадали еще одну загадку растущего мозга. Они наглядно продемонстрировали, как растут извилины нашего мозга и показали, что в том, как они это делают, «виноваты» чисто механические причины.

Текст: Neuronovosti.Ru

Kurt A. Sailor, Matthew T. Valley, Pierre-Marie Lledo еt al.