Знайшли нейрон-рекордсмен: вчені склали карту загадкової «блакитної плями» мозку

Вчені, які досліджують «блакитну пляму» у мозку мишей, виявили надзвичайно довгий нейрон і отримали нові дані про механізми навчання, повідомляє SciTechDaily.

Під час експерименту, в якому мишам доводилося приймати рішення, було помічено: коли тварини змінювали свій вибір після отримання небажаного результату, активувалися нейрони у верхній частині невеликої ділянки стовбура головного мозку. А в тих випадках, коли миші ігнорували сигнали, здатні привести до отримання винагороди, більш інтенсивну активність проявляли нейрони в нижній частині цієї ж області.

Ці групи нейронів входять до складу так званої «блакитної плями». Ця структура виробляє норадреналін — хімічний посередник, який допомагає регулювати увагу та процеси навчання, запускає реакцію організму на стрес або збудження, а також впливає на частоту серцевих скорочень.

Вчені тривалий час розглядали «блакитну пляму» як своєрідний «гучномовець», що транслює єдиний сигнал по всьому мозку. Але в новому дослідженні фахівці Інституту Аллена застосували комплексний підхід — поєднання методів візуалізації мозку, реєстрації нейронної активності, генетичних інструментів та поведінкових експериментів на мишах, — щоб з’ясувати, як зв’язки та активність цієї ділянки мозку співвідносяться з тим, що переживає тварина.

«Отримані результати дають підстави припустити, що норадреналінова система мозку працює скоріше як адресна поштова мережа, аніж як потужний рупор, що транслює на все навколо», — заявив співавтор дослідження Карел Свобода, директор напряму нейронної динаміки в Інституті Аллена.

Аналіз цих зв’язків дозволив виявити чітко визначені «пункти призначення». Нейрони, розташовані у верхній (дорсальній) частині блакитної плями, пов’язані переважно з корою головного мозку та переднім мозком. Нейрони в нижній (вентральній) частині блакитної плями пов’язані зі стовбуром головного мозку та спинним мозком. Ці шляхи визначають, куди саме нейрони направляють сигнали, що стимулюють вивільнення норадреналіну.

У ході дослідження було проведено сканування всього мозку, яке охопило майже 35 000 нейронів, а також генетичне профілювання близько 400 000 клітин для вивчення їхньої генної активності.

«У результаті вдалося скласти чітку карту: нейрони в дорсальній частині блакитної плями, що надсилають сигнали вгору — у кору головного мозку, — беруть участь у процесах навчання. Водночас нейрони у вентральній області, що проєктуються вниз — у стовбур мозку та спинний мозок, — визначають, чи буде тварина взагалі взаємодіяти з навколишнім середовищем. Ми також показали, що цим анатомічним відмінностям відповідають специфічні патерни експресії генів», — пояснив Свобода.

Реконструкція окремих нейронів блакитної плями також дозволила виявити, наскільки розгалуженими можуть бути їхні зв’язки. Довжина їхніх аксонів — довгих відростків, що передають сигнали іншим клітинам, — у середньому становила близько 35 сантиметрів. Але довжина одного з них сягала 70,32 сантиметра, що робить його найдовшим нейроном, який коли-небудь вимірювали у миші.

Раніше вчені з Японського фармацевтичного університету Сьова з’ясували, що одного запаху кави достатньо для того, щоб поліпшити настрій людини та змінити активність її мозку.