Нашли нейрон-рекордсмен: ученые составили карту загадочного «голубого пятна» мозга

Ученые, которые исследуют «голубое пятно» в мозге мышей, нашли необычайно длинный нейрон и получили новые данные о механизмах обучения, сообщает SciTechDaily.

В ходе эксперимента, в котором мышам приходилось принимать решения, было замечено: когда животные меняли свой выбор после получения нежелательного результата, активировались нейроны в верхней части небольшой области ствола головного мозга. А в тех случаях, когда мыши игнорировали сигналы, способные привести к получению награды, более интенсивную активность проявляли нейроны в нижней части этой же области.

Эти группы нейронов входят в состав так называемого «голубого пятна». Эта структура вырабатывает норадреналин — химический посредник, который помогает регулировать внимание и процессы обучения, запускает реакцию организма на стресс или возбуждение, а также влияет на частоту сердечных сокращений.

Ученые долгое время рассматривали «голубое пятно» как своего рода «громкоговоритель», транслирующий единый сигнал по всему мозгу. Но в новом исследовании специалисты Института Аллена применили комплексный подход — сочетание методов визуализации мозга, регистрации нейронной активности, генетических инструментов и поведенческих экспериментов на мышах, — чтобы выяснить, как связи и активность этой области мозга соотносятся с тем, что переживает животное.

«Полученные результаты позволяют предположить, что норадреналиновая система мозга работает скорее как адресная почтовая сеть, нежели как мощный рупор, вещающий на все вокруг», — заявил соавтор исследования Карел Свобода, директор направления нейронной динамики в Институте Аллена.

Анализ этих связей позволил выявить четко определенные «пункты назначения». Нейроны, расположенные в верхней (дорсальной) части голубого пятна, связаны преимущественно с корой головного мозга и передним мозгом. Нейроны в нижней (вентральной) части голубого пятна связаны со стволом головного мозга и спинным мозгом. Эти пути определяют, куда именно нейроны направляют сигналы, стимулирующие высвобождение норадреналина.

В ходе исследования было проведено сканирование всего мозга, охватившее почти 35 000 нейронов, а также генетическое профилирование около 400 000 клеток для изучения их генной активности.

«В результате удалось составить ясную карту: нейроны в дорсальной части голубого пятна, посылающие сигналы вверх — в кору головного мозга, — участвуют в процессах обучения. В то же время нейроны в вентральной области, проецирующиеся вниз — в ствол мозга и спинной мозг, — определяют, будет ли животное вообще взаимодействовать с окружающей средой. Мы также показали, что этим анатомическим различиям соответствуют специфические паттерны экспрессии генов», — пояснил Свобода.

Реконструкция отдельных нейронов голубого пятна также позволила выявить, насколько обширными могут быть их связи. Длина их аксонов — длинных отростков, передающих сигналы другим клеткам, — в среднем составляла около 35 сантиметров. Но длина одного из них достигала 70,32 сантиметра, что делает его самым длинным нейроном, когда-либо измеренным у мыши.

Ранее ученые из Японского фармацевтического университета Сёва выяснили, что одного запаха кофе достаточно для того, чтобы улучшить настроение человека и изменить активность его мозга.