Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 117: расшифровка нейронных контуров

Каждое наше действие происходит поэтапно: сначала его надо спланировать, а потом выполнить. Но как связаны нейроны в этом простом, на первый взгляд, контуре? Долгое время на этот вопрос было невозможно ответить. Но, объединив усилия, несколько исследовательских групп опубликовали в Nature статью, которая приближает нас к решению этой проблемы.

Они выяснили, как мозг планирует действие и осуществляет его механически, какие нейроны за это ответственны и как они взаимодействию между собой.

Для этого им пришлось совершить практически подвиг:

• Ученые из команды проекта MouseLight определяли точную структуру нейронов в мозге мыши — это огромное мероприятие, которое включает в себя кропотливое отслеживание путей взаимодействия отдельных нейронов по тысячам изображений мозга.
• В Институте Аллена изучали экспрессию генов нейронов, выявляя ключевые сходства и различия между клетками и законы их функционирования.

Затем исследования были объединены для составления полных профилей экспрессии генов клеток в неокортексе мыши. Неокортекс – это самая большая часть мозга млекопитающих, ответственная за  высшие познавательные функции. Команда сосредоточилась на передней боковой моторной коре (ALM), области, занимающейся планированием и выполнением движений.

Ученые определили полный набор молекул РНК — транскриптом каждого из 23 822 нейронов  неокортекса. Это дало полный генетический профиль — в среднем около 9000 генов на клетку.

Анатомически нейроны неокортекса оказались связаны с двумя структурами: одна со стволом мозга, где они соединяются с двигательными нейронами, а вторая часть оказалась связана с таламусом – основным переключателем  сигналов в мозге.

Чтобы разделить роли нейронов, учёные поставили мышам простую задачку: двигаться в определенном направлении в определенное время.

Эксперименты показали, что одна группа нейронов, соединяющих неокортекс с таламусом, имеет решающее значение для планирования будущих движений. Другой набор нейронов, которые соединяют неокортекс с мозговым стволом, должны инициировать движение. Проще говоря, два типа нейронов делятся на два класса и имеют четкое поведение.

Это исследование – большой шаг в понимании функционирования мозга, роли различных нейронов в разных процессах, и их взаимодействии между собой.

Текст: Дарья Тюльганова

“Distinct descending motor cortex pathways and their roles in movement” by Michael N. Economo, Sarada Viswanathan, Bosiljka Tasic, Erhan Bas, Johan Winnubst, Vilas Menon, Lucas T. Graybuck, Thuc Nghi Nguyen, Kimberly A. Smith, Zizhen Yao, Lihua Wang, Charles R. Gerfen, Jayaram Chandrashekar, Hongkui Zeng, Loren L. Looger & Karel Svoboda in Nature. Published October 31 2018.
doi:10.1038/s41586-018-0642-9