Неутомимое развитие взрослого мозга

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.

Persistent Structural Plasticity Optimizes Sensory Information Processing in the Olfactory Bulb

Neuron, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2016.06.004

«Двуликий Янус» нейропластичности

Одна их важнейших черт головного мозга – это его пластичность. Как недавно выяснилось, она бывает двух видов. О том, что они из себя представляют и…

«Дорогой мозг, пора бы тебе повзрослеть!»

Когда мы рождаемся, наш мозг обладает большой гибкостью. Наличие такой гибкости для роста и изменения дает незрелому мозгу способность адаптироваться к новому опыту и организовать свою…

«Преображение» взрослого мозга начинается с клеток

Моменты, которые изменяют нашу жизнь, также меняют наш мозг: все, начиная от первого поцелуя и заканчивая последней встречей, модифицирует нейроны. Новое исследование, проведенное французскими и…

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…

Для мозга и иммунитета полезнее горький шоколад

Представители Университета Лома Линда обосновали, почему шоколад полезен для мозга. Причем, не только для него. Ученые в двух работах, представленных на ежегодном собрании Американского общества биохимии и молекулярной…

Интересный пациент: женщина, которой не страшны инсульты

Об этой истории стало известно благодаря публикации в журнале Frontiers in Aging Neuroscience. В статье от 10 января 2017 года южноамериканские неврологи (коллектив авторов представляет…

Интересный пациент: ломик в голове и 170 лет нейронауке

Сто семьдесят лет назад в США разыгралась трагедия, результат которой стал классическим в истории нейронаук. Тогда жизнь и смерть рядового человека позволили впервые по-новому взглянуть…

Медузы перинейрональной сети

Еще в 1893 году Камилло Гольджи впервые описал странную сеть вокруг тел нейронов, ближних дендритов и аксона. Любопытно, что Сантьяго Рамон-и-Кахаль, заклятый друг Гольджи благородно…

Луноходные нейроны дрозофилы удивили учёных

Конечно, главная загадка и предмет удивления всех нейробиологов – это мозг человека. Однако и мозг насекомых не перестаёт удивлять нас своей сложностью в простоте. Только…

Микроглия — на страже здоровья и пластичности мозга

  Микроглия – это настоящая многофункциональная аварийно-спасательная и очень хозяйственная бригада мозга. Она «выносит» из него «мусор», помогает бороться с инфекциями, включает при необходимости химическую…