Компьютерра
В мозге есть клетки, называющиеся нейронами места. Они сгруппированы в гиппокампе и отвечают за ориентацию в пространстве, за память о старых, знакомых местах и за исследование новых. Понятно, что такие нейроны должны интенсивно общаться с другими клетками, чтобы собирать информацию для построения карты и, наоборот, давать справки другим нейронам об ориентации и о том, как лучше обследовать новое окружение. Понятно также и то, что такие нейроны должны иметь какую-то специализацию. Ведь всякая территория имеет границы, имеет свои характерные особенности - а следовательно, можно выделить клетки, которые отвечают за пограничные области, особые приметы и тому подобное.
Однако взаимоотношения нейронов места в мозгу долгое время оставалось загадкой. Прежде нужно было восстановить все соединения между клетками, картировать все синапсы, все цепи, а обычными методами этого не сделаешь: плотность нейронов в мозге чудовищно велика, и нет никакой возможности разобраться «на глаз», кто с кем соединён и за что это соединение отвечает.
Поэтому исследователи из Норвежского научно-технологического университета под руководством Эдварда Мозера пошли по другому пути. Они использовали оптогенетические технологии, когда клетка снабжается белком, который становится активен в ответ на свет. Доставка таких белков обычно осуществляется модифицированными вирусами, а источником света служит вживлённое в ткань оптоволокно. Когда в мозг подавали свет, белок активировался и включал определённый нейрон. Активность нейрона регистрировалась с помощью вживлённого электрода. Все опыты ставились на крысах.
Крысу с оптоволокном и с электродами сажали в ящик, который она должны была исследовать на предмет угощения. Пространственную активность нейронов регистрировали с помощью микроэлектродов; кроме того, на эту активность можно было влиять, включая и выключая свет. Оптобелки вставили во множество клеток, о которых не было известно, помогают ли они строить пространственную карту или нет: учёные лишь подозревали, что они как-то связаны с соответствующими нейронами гиппокампа. Понятно, что таких измерений должно быть очень много, но цифра всё равно поражает: более 10 000 оптических включений-выключений.
Так и удалось выяснить, как нейронная система позиционирования получает информацию для создания карты. То, о чём мы говорили выше - информирующие нейроны должны иметь специализацию, стало окончательно ясно как раз после этой работы. Здесь следует чётко разграничивать, что есть нейроны - хранители карты, которые имеют дело с уже сформировавшейся базой данных и формулируют требования для получения новой информации - они как раз сидят в гиппокампе, а есть другие - работающие «в поле», то есть сканирующие пространство. Информация в нейроны места идёт от клеток, отвечающих за направление головы животного, за чувство границы территории, от нейронов координатной сети, наконец, ещё от целого ряда клеток, функция которых пока неизвестна. При этом, что любопытно, нейроны места собирают информацию ещё и от таких клеток, которые сами никаких данных от органов чувств не получают. То есть это клетки, участвующие в контроле движений животного, но при этом ни со зрительными, ни со слуховыми, ни с какими-либо ещё сенсорными анализаторами они не связаны.
Результаты экспериментов учёные опубликовали в журнале Science. В целом, как признают сами авторы, эти данные породили множество новых вопросов, однако теперь хотя бы более или менее ясно, какие иерархические связи формируют систему пространственной навигации в мозге и в каком направлении нужно двигаться. Также стоит ещё раз подчеркнуть роль оптогенетических методов: без умения произвольно регулировать активность нейронов выяснение их функциональных связей затянулось бы на очень долгое время.