Когда вы утром заходите на кухню, вы легко ориентируетесь. Чтобы приготовить кофе, вы подходите к определенному месту. Может быть, вы заходите в кладовую, чтобы быстро позавтракать, а затем направляетесь к машине, чтобы поехать на работу.
То, как выполняются эти, казалось бы, простые задачи, представляет большой интерес для нейробиологов из Медицинского колледжа Бэйлора, Стэнфордского университета и сотрудничающих с ним учреждений. Их работа, опубликованная в журнале Science , значительно улучшила наше понимание того, как это происходит, раскрывая механизм на уровне клеток мозга, который определяет, как животное передвигается в окружающей среде.
«Известно, что животные и люди могут ориентироваться в окружающей среде благодаря гиппокампу — области мозга, которая формирует представление, своего рода карту окружающей среды, которая позволяет нам знать, где мы находимся», — сказал соавтор исследования. Доктор Барна Дудок, доцент кафедры неврологии и стипендиат Макнейра в Бэйлоре. Дудок также является соавтором этой работы.
Многочисленные клетки мозга или нейроны гиппокампа работают вместе, чтобы создать карту определенной среды, скажем, кухни в вашем доме. Ученым известно, что каждый из этих нейронов, называемых клетками места, активируется только в определенном месте окружающей среды. Например, расположение кофейника активирует одну ячейку места, а кладовая — другую.
«Клетки места помогают человеку узнать, где он или она находится», — сказал Дудок.
«Когда человек проходит через определенную область окружающей среды, клетки определенного места активируются, а другие активируются, когда человек перемещается в другую область. В текущем исследовании мы работали с мышами и показали, что происходит на уровне нейронов, когда человек перемещается в другую область. животное ориентируется в окружающей среде. В частности, мы демонстрируем роль молекулярных мессенджеров, называемых эндоканнабиноидами, в активности клеток места».
Когда клетки места в гиппокампе активируются, они выделяют эндоканнабиноиды, которые представляют собой липиды, жироподобные молекулы, которые опосредуют связь между одним нейроном и другим.
«До сих пор все детали того, как работают эндоканнабиноиды, были описаны на срезах мозга. В этом исследовании мы впервые получили методы записи этих сигналов с высоким разрешением у живого животного», — сказал Дудок.
Исследователи использовали молекулярный инструмент, который преобразует сигналы эндоканнабиноидов во флуоресценцию, и микроскоп, чтобы визуализировать мозг мыши, бегущей на беговой дорожке.
«Для меня было очень приятно, когда я проанализировал эти изображения и понял, что существуют эндоканнабиноидные сигналы, которые я могу обнаружить, когда мышь движется в окружающей среде», — сказал Дудок. «Я изучал этот путь в течение долгого времени, и всегда было что-то, что мы могли обнаружить на срезах мозга. Было очень интересно увидеть, как это происходит в мозгу активного животного».
Удивительно, но активированные одноместные клетки выделяют эндоканнабиноиды, и сигналы исчезают в считанные секунды. «Раньше люди подозревали, что это будет медленный сигнал, который распространяется на различные клетки, но похоже, что это быстрый сигнал, который очень специфичен для отдельных клеток и способствует их способности кодировать информацию о местонахождении животного», — сказал Дудок. .
Подтверждая важность передачи сигналов эндоканнабиноидов при ориентации животных, исследователи обнаружили, что нарушение этого механизма путем устранения эндоканнабиноидных рецепторов в нейронах также нарушает цепь в гиппокампе, которая помогает животному узнать свое местоположение, и, следовательно, гиппокамп формирует менее точную карту.
Эта работа также имеет значение для неврологических расстройств человека. «Наша группа и другие исследователи ранее показали, что эпилептические припадки вызывают выброс эндоканнабиноидов. Мы хотели бы понять, способствует ли это проблемам с памятью у людей с эпилепсией», — сказал Дудок.
«Это может привести к созданию способов предотвратить или обратить вспять реорганизацию эндоканнабиноидного сигнального пути при эпилепсии и потенциально улучшить сопутствующие когнитивные заболевания при этом состоянии».
