Зрение наcтроили по звёздам

Сложность и совершенство архитектуры мозга с трудом поддается изучению. На смену топической диагностике, микроэлектродам, вскрытиям и скрупулезному анализу активности отдельных клеток пришла томография. Конечно, ..цать лет пришлось подождать, пока уровень техники сможет поравняться с самой идеей, но зато за последние десять магнитно-резонансную томографию довели до совершенства.

Венец современной медицинской техники – функциональный магнитно-резонансный томограф, способный оценивать скорость и объём кровотока через отдельные области головного мозга. Именно таким образом были подтверждены старые, а главное – найдены новые участки, «отвечающие» за ту или иную функцию. Десятки подобных работ основаны в первую очередь на гипотезе, что нейроны обладают возможностью контролировать работу сосудов, увеличивая приток крови при повышенной активности.

Мриганка Шур и его коллеги из Массачусетского технологического института выяснили, что работу сосудов регулируют отнюдь не нейроны, а астроциты – звездчатые клетки нервной системы.

Они относятся к глиальным элементам – «поддерживающим» клеткам нервной системы, которые обеспечивают изоляцию, питание, деление «стволовых» элементов и рост, а как недавно выяснилось, даже частично берут на себя функции нейронов.

В частности – регулируют активность синапсов, по которым сигнал передаётся от одного нейрона к другому, отвечают за привыкание к морфину и опиатам, и, что немаловажно в «средней полосе», отвыкание от алкоголя.

Как отметил Джеймс Шуммерс, один из соавторов опубликованной в Science работы, астроциты электрически неактивны, поэтому от них просто не ожидали какой-либо быстрой реакции, характерной для нейронов. Двухфотонная микроскопия показала обратное.

Ученые исследовали активность зрительных нейронов в головном мозге хорька. Непосредственным объектом для изучения стали ионы кальция, выполняющие роль универсального переносчика сигналов внутри различных клеток: мышечных, нервных, обычных фибробластов кожи и железистого эпителия. Для этого ученые пометили тысячи клеток зеленым флуоресцирующим индикатором, яркость свечения которого существенно возрастает при увеличении концентрации кальция в клетках. А затем начали наблюдать, но уже через микроскоп.

В отличие от фМРТ, микроскопия отражает известные физические величины

,в данном случае – интенсивность и локализацию флуоресценции. В результате Шуммерс и Шур показали, что в ответ на зрительный стимул астроциты «активируются» не хуже, а главное – не намного медленней нейронов. Если пик концентрации кальция в последних приходился на 3 секунды, то в соседних астроцитах – на 7 секунд после сигнала. Авторы объясняют эту задержку временем, необходимым для выделения нейромедиатора или других ионов из нейронов и связывания их с рецепторами на звездчатых клетках.

Ученые не ограничились однотипным «засвечиванием», а использовали разнообразные зрительные сигналы, вызывающие возбуждение нейронов в разных участках коры. Во всех случаях рядом с серыми клеточками активировались астроциты.

Более того, звездчатые клетки даже превзошли нейроны в способности «подстраиваться» к сигналу, изменяя активность в ответ на стимул.

Поскольку умение регулировать, а иногда даже кардинально изменять реакцию нейронов уже доказано, то Шур не сомневается в том, что астроциты участвуют и в формировании изображения.

Тем более что в головном мозге их гораздо больше, чем самих нейронов – до 50% от общего количества клеток. Их сеть по распространённости не уступает серым клеточкам с такими же многочисленными межклеточными контактами, кроме того – слияниями и объединениями с формированием многоклеточных комплексов. В таком случае им вовсе не нужно электрическое поле для быстрого распространения сигнала – внутри клетки или комплекса с помощью «мессенджеров», один из которых – ионы кальция, информация распространяется не намного медленнее, чем по «нейронным проводам».

Учёным пока не удалось зарегистрировать сигнал активации астроцитов в других областях мозга, то есть неизвестно, передают ли они его по своим сетям независимо от нейронов.

Таким вот оригинальным образом получил развитие вопрос «Что может и чего не может фМРТ», поднятый Никосом Логотетисом из Университетов Манчестера и Тюбингена.

Вопрос «стоит ли пересматривать результаты сотни работ, сделанных с помощью фМРТ?» Шур теперь интересует меньше всего. Во-первых, из солидарности с коллегами. А кроме того, ему с Шуммерсом удалось сделать куда более важное уточнение — найти «тайных кардиналов», контролирующих действия управляющих клеточек мозга. Шур надеется продолжить эксперименты, и ещё глубже проникнуть в тайны этой сети – «второй половины мозга».