Нейронные связи и генетика

Нейронные связи и генетика.

Ученые из Научно-исследовательского института Скриппса (TSRI) в Ла-Хойе выявили новые закономерности образования нейронных связей. Команда под руководством доцента Антона Максимова обнаружила, что нейроны в областях мозга, которые хранят память, могут образовывать сети в отсутствие синаптической активности.

«Наши результаты предполагают, что сборка нейронных цепей в областях, необходимых для познания, в значительной степени контролируется внутренними генетическими программами, которые действуют независимо от внешнего мира», - пояснил Максимов.

Аналогичное явление наблюдалось группой профессора Нильса Брозе в Институте экспериментальной медицины им. Макса Планка в Германии. Два дополнительных исследования были опубликованы в качестве сопроводительных материалов в выпуске журнала Neuron от 19 апреля 2017 года.

Опыт делает каждый мозг уникальным, изменяя закономерности и свойства нейронных связей. Видение, слух, обоняние, вкус и прикосновение играют особенно важную роль в раннем постнатальном периоде жизни, когда формируется большинство синапсов. Новые синапсы также появляются во взрослом мозге во время обучения. Эти зависящие от активности изменения в нейронных связях обусловлены химическими нейротрансмиттерами, которые передают сигналы от одного нейрона к другому. Тем не менее, животные и люди обладают врожденным поведением, чьи черты согласуются между поколениями, предполагая, что некоторые синаптические связи генетически предопределены.

Команда TSRI поставила задачу исследовать, могут ли нейроны образовывать и поддерживать связи с соответствующими партнерами в генетически модифицированных животных, которые живут во взрослую жизнь, практически без синаптической активности в гиппокампе, области мозга, которая критически важна для обучения и хранения памяти. «Хотя идея может показаться сумасшедшей с первого взгляда, - продолжил Максимов, - некоторые наблюдения намекали на то, что эта задача технически осуществима». Действительно, млекопитающие могут выживать с травмами и аномалиями развития, которые приводят к массивной потере мозговой ткани.

Воодушевленный этими примерами, Ричард Сандо, аспирант лаборатории Максимова, создал мышей, у которых в гиппокамп отсутствовала секреция глутамата, нейротрансмиттера, который активирует нейроны, когда формируется память. Несмотря на очевидную неспособность учиться и помнить, эти животные могли есть, гулять и даже участвовать в рудиментарных социальных взаимодействиях.

Тесно сотрудничая с профессором Марком Эллисманом, который руководит Национальным центром микроскопии и исследований изображений в Университете Калифорнии, Сан-Диего, Сандо и его сотрудники изучали возможность соединения в постоянно неактивных участках мозга. Комбинирование современных генетических и визуализационных инструментов было плодотворным: коллективная группа обнаружила, что несколько ключевых этапов развития нейронной цепи, которые, как считается, требуют синаптической активности, на модели мышей заметно не затронуты.

Результаты ультраструктурного анализа оказались особенно неожиданными: оказалось, что нейропередача не нужна для сборки базовых строительных блоков одиночных синаптических соединений, включая так называемые дендритные шипы, которые вербуют сигнальные комплексы, которые позволяют нейронам ощущать глутамат.

Максимов подчеркнул, что мыши не могут нормально функционировать. В каком-то смысле их гиппокамп можно сравнить с компьютером, который идет по конвейеру, но никогда не подключается к источнику питания и не загружается программным обеспечением. В качестве следующего шага команда стремится использовать новые химико-генетические подходы, чтобы проверить, могут ли сети, созданные по своей сути, поддерживать обучение.

Источник: https://vk.cc/6xfgo4

Комментарии: