Нейронний спідометр нашого мозку 29.07.2015

Дослідники з Норвезького університету з природничих та технічних наук, Мей-Брітт і Едвард Мозери (May-Britt, Edvard Moser) виявили в мозку щури нейрони швидкості - їх активність змінювалася залежно від того, як швидко рухався щур.

Ще в 2005 році вчені знайшли в енторинальній корі групу нервових клітин, які швидко отримали прізвисько GPS-системи мозку. Ці клітини по черзі порушуються, поки індивід пересувається у просторі, - тобто, можна сказати, що нейрони відзначають ділянки території. Особливість їх у тому, що включаються такі нейрони за особливою схемою, розбиваючи простір на шестикутні фрагменти, роблячи його схожим на величезну решітку. Звідси та їх назва – grid-нейрони, або нейрони решітки. Сама ж енторинальна кора відіграє велику роль у формуванні просторової пам'яті та декларативної пам'яті (про події та об'єкти, які ми бачили на власні очі).

Але, як легко зрозуміти, робота клітин просторової орієнтації залежить від цього, з якою швидкістю індивід рухається через ландшафт. Очевидно, що робота нейронної GPS-системи має коригуватися якимись датчиками швидкості. З іншого боку, картування місцевості залежить і від навколишнього контексту, напрями руху, наявності чи відсутності кордонів. Тому знайти нейрони, які відзначали б швидкість, було вельми непростим завданням: їх активність у мозку піддослідних тварин вимагалося відокремити від активності інших, які реагували на зміну напряму, на контекст і т. д. Крім того, тварина, що вільно переміщається, часто зупиняється, і в час зупинки, за словами авторів роботи, мозок - принаймні та його частина, яка відповідає за орієнтацію в просторі - взагалі переключається в інший режим роботи.

Нейробіологи скористалися дотепним пристроєм, схожим на автомобіль без дна: щур у ньому міг рухатися тільки в одному напрямку і з тією швидкістю, з якою рухався сам пристрій. Автомобіль був запрограмований змінювати швидкість, але жодного разу не зупинятися протягом тих 4 метрів, які він проїжджав разом з щуром. В результаті вдалося виявити клітини, активність яких чітко змінювалася при прискоренні або при уповільненні руху, причому вони працювали навіть у тому випадку, якщо тварина рухалася в темряві. У цьому вони схожі на нейрони просторових ґрат, які працюють незалежно від оточення, розкреслюючи навколишній простір незалежно від того, що знаходиться навколо. (За конкретне наповнення ландшафту відповідають інші клітини, відкриті Джоном О'Кіфі, який розділив Нобелівську премію з подружжям Мозер.) Нейрони швидкості знаходяться там же, де і grid-нейрони - в енторинальній корі, і, швидше за все, обидві групи клітин активно спілкуються один з другом. Результати досліджень опубліковані в Nature.

Однак не факт, що нові клітини виявляться єдиними, що мають функцію спідометра. За словами Майкла Хассельмо (Michael Hasselmo) з університету Бостона, у нього і його співробітників незабаром буде опублікована стаття з описом декількох типів нейронів, що вимірюють швидкість, серед яких є і ті, що знаходяться в енторинальній корі.

З іншого боку, можна згадати зовсім недавню роботу в Neuron – у ній нейробіологи з Університету Бонна та Німецького центру нейродегенеративних хвороб описують нейронний ланцюг, що зв'язує просторову пам'ять та швидкість пересування. Змінюючи частоту імпульсів у цьому ланцюзі, можна було вплинути на поведінку миші, на те, як вона рухалася. Швидкісний ланцюжок клітин виявився пов'язаний з гіпокампом, головним центром пам'яті; з іншого боку, енторинальна кора теж входить у "зону впливу" гіпокампу.

Хоча всі описані експерименти виконувались на тваринах, у людини, швидше за все, справи так само - адже і для нас важливо знати швидкість власного руху. Можливо, існує кілька нейронних спідометрів, які разом стежать за переміщеннями тіла та повідомляють про них у GPS-системі, яка, у свою чергу, разом із картами, що зберігаються в пам'яті, формує картину того, де ми знаходимося.