Роль нейрогенеза в гиппокампе взрослого мозга

Роль нейрогенеза в гиппокампе взрослого мозга

В журнале Cеll недавно вышел обзор о роли молодых нервных клеток, появляющихся в зубчатой извилине взрослого мозга, в процессах обучения и памяти.

Зубчатая извилина гиппокампа млекопитающих является местом, в котором происходит рост новых нейронов во взрослом организме. Эти нейроны впоследствии становятся функционально активными и, вероятно, способствуют обучению и памяти, особенно в течение фазы их созревания, когда они чрезвычайно пластичны.

Со времени открытия нейрогенеза в зубчатой извилине гиппокампа во взрослом мозге грызунов прошло более 50 лет. Несмотря на то, что в научном сообществе того времени считалось, что взрослый мозг не способен производить новые нейроны, это открытие было подтверждено дальнейшими исследованиями. В последнее десятилетие был совершён существенный прогресс в понимании процессов, происходящих при взрослом нейрогенезе, и его функциях в мозге млекопитающих. В наши дни считается, что нейрогенез во взрослом мозге происходит и у людей, так же как и у большинства млекопитающих и некоторых других позвоночных. Нейрогенез является наиболее выраженной формой пластичности взрослого мозга и, скорее всего, способствует формированию памяти. Кроме того, нейроны “взрослого” происхождения используются для изучения развития нервных клеток. Известно, что дефекты нейрогенеза связаны с рядом неврологических и психиатрических заболеваний у человека (шизофрения, тревожные расстройства, депрессия, зависимость, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, хорея Гентингтона).

Было показано, что новые нейроны способствуют обучению и развитию памяти у грызунов, и получены доказательства их аналогичной роли у человека. На сегодняшний день нет единого представления о функциональном вкладе новорождённых нейронов гранулярного слоя зубчатой извилины в её работу. Возможно, они выполняют адаптивные функции при когнитивных задачах, особенно в течение периода их созревания и экстраординарной пластичности. Считается, что зубчатая извилина вовлечена в поведенческие задачи на различение сигналов, и растёт число подтверждений участия новорождённых нейронов в поддержании этой функции. Наиболее отличительной особенностью взрослого нейрогенеза является то, что он производит постоянное обновление пула нейронов со свойствами незрелых клеток. Эти нейроны реагируют на внешние сигналы с помощью сложных молекулярных регуляторных сетей и, следовательно, на них неизгладимо влияет окружающая среда, в которой они созревают. Благодаря их высокой возбудимости, они имеют значительное влияние на активность зубчатой извилины, несмотря на их малую численность. Остаётся неизвестным, какую роль они играют после полного созревания, но воспоминания, зависимые от гиппокампа в течение относительно короткого периода, так или иначе консолидируются в других областях мозга. Возможно, недолговечный критический период новорождённых нейронов способствует снижению неоднозначности или связыванию воспоминаний о событиях, которые происходят в течение этого времени.

Источники:

vk.cc/5P0W40 - полный текст обзора (скачивание сайхабом)

Дополнительно:

vk.cc/5P0Wiu - об энторинальной коре

vk.cc/5P1Xqu - нейрогенез во взрослом мозге

vk.cc/5P14Gs - TED Talks “Сандрин Тюре: Вы можете вырастить новые клетки головного мозга.”

Пояснения к изображениям:

Рис. 1. Нейрогенная ниша гиппокампа.

(А)Схема показывает расположение гиппокампа во взрослом мозге грызунов. Прямоугольником выделена субгранулярная зона зубчатой извилины как одна из герминативных зон мозга взрослых млекопитающих.

(B) Новорожденные нейроны субгранулярной зоны зубчатой извилины проходят через несколько стадий последовательного развития. Тип 1 радиальных глиоподобных клеток может производить пролиферирующие промежуточные прогениторные клетки (тип 2) с усиливающимися характеристиками. Эти клетки типа 2 могут давать начало нейробластам (тип 3), которые в последствии превращаюся в гранулярные нейроны зубчатой извилины. В процессе созревания (на 2-3 неделе их развития) происходит переход от ГАМК-возбуждающих к ГАМК-ингибирующим и глутамат-возбуждающим входящим сигналам. Процесс развития сопровождается экспрессией специфических для каждой стадии молекулярных маркеров.

Рис. 2. Сигналы, транскрипционные факторы и эпигенетическая регуляция нейрогенеза во взрослом мозге.

Сигнальные пути, транскрипционные факторы и эпигенетические регуляторы в процессе развития клонов, специфичные для каждой стадии и типа клеток.

Рис. 3. Связи новорождённых гранулярных клеток усиливают сигналы о различии объектов через ингибирующую обратную связь.

На примере задания на память, где испытуемому предлагают определить, какое из двух изображений является новым, память о родственных объектах или событиях кодируется в отдельных, но частично перекрывающихся популяциях активируемых гранулярных клеток (красное и зелёное, с жёлтым перекрытием). В этом примере 2 яблока различаются только листиками. Чем более похожи входы от энторинальной коры, тем больше происходит перекрытие их представительств в зубчатой извилине. Зрелые гранулярные клетки (серые) получают мощные ингибирующее входы от интернейронов (фиолетовые) в хилусе, молекулярной и субгранулярной зоне (отмечено - - -)*. Новорождённые гранулярные клетки (синие) являются более активными, чем зрелые гранулярные клетки, благодаря их внутренним особенностям и меньшему числу ингибирующих афферент (отмечено -). Тем не менее, сигнал незрелых нейронов также управляется ингибирующей обратной связью от интернейронов хилуса, приводя к уменьшению частоты ответов зубчатой извилины и, следовательно, снижению перекрытия представительств памяти. Поэтому, хотя ответы новорождённых гранулярных клеток менее разборчивы, при перекрытии репрезентаций объектов они усиливают различение сигнала путём уменьшения этого перекрытия (между репрезентацией нового объекта и его “зрелым” двойником). Эти репрезентации направляются к зоне СА3 гиппокампа через мшистые волокна. Большинство мшистых волокон отвечают только за одно из изображений (красная и зелёная стрелки), хотя некоторые, особенно от новорождённых нейронов, реагируют на оба (жёлтая стрелка).

*В структуре зубчатой извилины выделяют три слоя: полиморфный хилус, гранулярный слой и молекулярный слой, который непрерывно переходит в молекулярный слой гиппокампа

Комментарии: