Наши постоянные читатели знают, что у нас есть несколько рубрик так называемых лонгридов, и одна из них – нейрообзоры, то есть обзоры либо журналов, публикующих исследования в области нейронаук, либо «нейроисследований» в общих журналах. Наш нынешний обзор посвящен мартовскому выпуску журнала Nature Neuroscience, где представлены исследования о маркерах старения мозга в крови, новых ролях микроглии в запуске болезни Альцгеймера, влиянии «генератора состояний» в мозге на функцию сердца и плохого сна – на усугубление хронических болей, особенностях обучения в социальных сетях и причинах формирования дезинформации, а также о новом способе контроля нейронов у человека.
Новый метод картирования мРНК в клетке
Функции нейронов сильно зависят от доставки матричной РНК к определенным его участкам, где начинает вырабатываться необходимый белок. Считается, что расположение мРНК опосредовано цис-регуляторными элементами, называемыми «zipcodes» («индексами»). Характеристика этих «индексов», несмотря на то что существуют сотни мРНК, есть лишь для нескольких вариантов. В статье «Massively parallel identification of mRNAlocalization elements in primary cortical neurons» предлагается новый метод систематического картирования «индексов» мРНК нейронов по всему транскриптому – N-zip. Авторы уверяют, что идентификация «индексов» откроет возможности для манипуляции размещением конкретных мРНК, что в дальнейшем позволит изучать их биологическую роль.
Маркеры старения мозга в крови
В обзорной статье «Blood-to-brain communication in aging and rejuvenation» рассматриваются некоторые маркеры крови, которые могут быть связаны с молекулярными, клеточными и функциональными изменениями, происходящими в головном мозге при старении. Предполагается, что при должном внимании к индивидуальному здоровью деградация когнитивных функций может быть в некоей мере заторможена или, по некоторым предположениям, предотвращена. В статье обсуждается связь между кровью и мозгом с точки зрения системной физиологии.
Разнообразные пирамидные нейроны и их функции в поведении
Кора головного мозга представляет собой комплекс дискретных слоев, состоящий из разных типов клеток разной функциональной значимости. Взаимодействие между клетками, играющими разные роли, имеет решающее значение в вычислительных возможностях коры. Сейчас до конца не понятно, как корковые цепи генерируют сложное поведение. Этот вопрос требует изучения типов клеток, из которых они состоят. 80% из этого количества составляют пирамидные нейроны, отличающиеся функциональным разнообразием и формирующие почти все дальние проекции, которые обеспечивают связь между корой и другими областями мозга. Тем не менее до сих пор не ясно, существуют ли функциональные различия между типами пирамидных нейронов в динамике всей коры, а не только в отдельных локациях.
Для ответа на этот вопрос в исследование «Pyramidal cell types drive functionally distinct cortical activity patternsduring decision-making» использовались нетическое и ретроградное мечение, нацеливающееся на проекционные нейроны пирамидного тракта, интрателэнцефальные и корково-стриарные нейроны. Также измерялась их активность во всей коре. В работе показано, что каждый тип пирамидных нейронов приводит к уникальной нервной динамике в масштабе всей коры и имеет свои функциональные роли. Исследователи делают вывод, что богатая корковая динамика, специфичная для типа клеток, формирует перцептивные решения.
Молекула, запускающая пожирание синапсов микроглией…
Одно из последствий болезни Альцгеймера, которое вытекает в проявление яркой симптоматики, – потеря синаптических связей из-за дисфункции фагоцитоза, выполняемого микроглией. Однако до сих пор не ясно, какие сигналы заставляют макрофаги атаковать синапсы. Исследование «Perivascular cells induce microglial phagocyticstates and synaptic engulfment via SPP1 in mouse models of Alzheimer’s disease», проведенное на мышах, показывает, что за запуск этого процесса ответственны молекулы периваскулярного фосфопротеина I (SPP1). Появление ее в среде активирует фагоциты и заставляет иммунные клетки уничтожать синапсы. В исследовании подчеркивается, что изучение периваскулярной ниши, продуцирующей SPP1, может предоставлять возможности для того, чтобы манипулировать и блокировать синаптическое поглощение микроглией.
…и антитело, которое защищает микроглию и мозг
Еще одна работа, посвященная роли микроглии в течении болезни Альцгеймера, рассматривает ген TREM2 как ключевой ген, контролирующий микроглиальный фагоцитоз, миграцию, процессинг липидов, пролиферацию, лизосомную деградацию и метаболизм. У модельных животных этот ген способствует уплотнению амилоидных бляшек. В статье «A TREM2-activating antibody with a blood–brain barrier transport vehicle enhances microglialmetabolism in Alzheimer’s disease models» предлагается новое человеческое антитело с высоким сродством к TREM2, которое должно улучшить функции микроглии. По крайней мере в этом исследовании на мышах антитело запускало транскрипцию генов метаболических путей, увеличивало поглощение глюкозы мозгом, способствовало окислению митохондриальных жирных кислот для усиления дыхания микроглии. Авторы предполагают, что TREM2-активирующее антитело может стать прекрасным кандидатом для лечения болезни Альцгеймера.
Новый метод определения молекулярных и клеточных маркеров патологии мозга
Информация о механизмах течения и прогрессировании заболеваний также может помочь в своевременном подборе лечения. Исследователи представляют новый метод, который помогает определить пространственно-временную динамику клеточных изменений. Подход, названный STARmap PLUS, связывает профили экспрессии генов отдельных клеток с гистопатологией тканей, предоставляя инструмент для точного определения молекулярных и клеточных изменений, лежащих в основе патологии. Описание метода, опубликованного в статье «Integrative in situ mapping of single-cell transcriptional states and tissue histopathology in a mouse model ofAlzheimer’s disease», на примере болезни Альцгеймера показывает, как с помощью него можно выявить структуру контактов микроглии с бляшками β-амилоида.
Как активность сердца влияет на защитное поведение
Защитное поведение проявляется специфической активностью внутренних систем организма. В проявлении реакции страха и тревоги согласованно участвуют вегетативные и эндокринные механизмы, но их интегративная природа плохо изучена. В частности, защитная реакция проявляется измененной активностью сердца. В исследовании «Integrated cardio-behavioral responses to threat define defensive states» определяются микросостояния в поведении и работе сердца, которые взаимодействуют с более длительными макросостояниями. Также объясняется, как тахикардические и брадикардические защитные реакции связаны с поведением. Исследователи выявили, что индексы частоты сокращений сердца (ЧСС) точно определяют переходы защитных состояний и уровни контекстуальной угрозы, а также то, что нейроны среднего мозга играют особую роль «генератора состояний».
Некачественный сон может спровоцировать развитие хронических болей
Плохой сон приводит не только к множеству нарушений в организме и некоторым когнитивным проблемам, но и способствует развитию хронических болей. Однако точные функции сна в развитии нейропатических болей неизвестны. В статье «A sleep-active basalocortical pathway crucial for generation and maintenance of chronic pain» демонстрируется, что после повреждения нерва первичные сенсорные нейроны в цепи «парабрахильное ядро-переднее базальное ядро-первичная соматосенсорная кора» начинают активироваться чаще. И подавление этой активности происходи во время медленного сна, но не бодрствования. То есть нормальное количество медленного сна, которое невозможно без полноценного ночного сна, может иметь важное значение для лечения невропатической боли.
Роль глутаматергических нейронов в работе функциональных подсетей мозга
Клеточная основа функциональной организации сетей коры головного мозга по-прежнему остается плохо изученной. Ключевая задача здесь состоит в том, чтобы отслеживать и расшифровывать динамику нейронных сетей в широких областях коры в реальном времени, когда совершаются определенные действия. В статье «Cortical glutamatergic projection neuron types contribute to distinct functional subnetworks» опубликованы результаты по отслеживанию динамики подкоркорковой и внутримозговой нейронных проекций в дорсальной коре мышей при различных состояниях мозга и поведении. В обоих случаях нейроны демонстрировали различные паттерны (рисунки) активации во время бодрствования, спонтанных движений и при сенсорной стимуляции. При этом их отдельные подсети настраивались на разные сигналы естественного пищевого поведения.
Таламические входы и обработка сенсорной информации мозгом
Главным «фильтром» в цепи передачи сенсорной информации в кору головного мозга млекопитающих выступает таламус. Изучение этой структуры вызывало изрядные вопросы по поводу того, что таламокортикальных синапсов подозрительно мало для такой важной части мозга как первичная проекционная система. Изучив таламические и кортикальные синапсы пирамидных клеток первичной зрительной коры мышей, исследователи пришли к выводу, что таламические входы не только редки, но и разнородны по количеству и плотности дендритов и нейронов, что не мешает надежно «считывать» зрительно управляемые таламические входные данные. Результаты работы можно найти в статье «Mapping thalamic innervation to individual L2/3 pyramidal neurons and modeling their ‘readout’ of visual input».
Как мы учимся в социальных сетях
Социальные сети – сейчас основной канал передачи информации в обществе. Но часто ограниченная информации, которая доходит до пользователя в структуре социальных сетей, оказывает существенное влияние на то, как мы формируем убеждения и принимаем решения, а также на то, как формируется и распространяется коллективное мнение и поведение. Пока не ясно, какие нейронные и когнитивные процессы, с помощью которых люди учатся у сверстников, задействованы в этом. В исследовании «Neurocomputational mechanism of real-timedistributed learning on social networks» при помощи МРТ, проводящейся во время задач распределенного обучения, вычислительного моделирования и анализа социальных сетей, ученые проанализировали, как люди учатся, наблюдая за решениями других людей в сетях из семи узлов с различной топологической структурой.
Удалось показать, что обучение в социальных сетях можно смоделировать обучением через наблюдение того, как активируется латеральная префронтальная кора во время ошибок предсказания действий. Полученные данные, по словам авторов, говорят о нейронном механизме сетевой фильтрации источников информации, что может привести к предвзятому обучению и, соответственно, распространению дезинформации о взаимосвязях в обществе. Поэтому формируя мнение на том, что публикуется в социальных сетях, люди рискуют сильно ошибаться.
Новый аппарат для мониторинга активности нейронов и их стимуляции у человека
Изучение того, как одиночные нейроны влияют на поведение людей, представляет собой беспрецедентную возможность в области системной нейронауки. Однако технические решения, направленные на визуализацию активности нейронов в живом мозге в реальном времени, имеют сегодня некоторые проблемы. К примеру, современные клинические имплантируемые устройства не позволяют записывать отдельные нейроны или широко настраивать параметры стимуляции.
В работе «A wearable platform for closed-loop stimulation and recording of single-neuron and local field potentialactivity in freely moving humans» сообщается о создании двунаправленной портативной системы нейромодуляции с замкнутым контуром (Neuro-stack) – устройства, предназначенного для того, чтобы регистрировать активности одиночных нейронов и потенциалов локального поля у человека во время свободного движения. Аппарат также способен стимулировать нейроны, что дает возможность исследовать нейрофизиологические основы некоторых заболеваний и функции мозга при естественном поведении.
Текст: Анна Удоратина
