Память прячется в микротрубочках

Белые шарики-везикулы в отростках нейронов коры головного мозга. Иллюстрация Physorg

В конце XIX – начале XX века Фогт вместе с Бехтеревым и Фрейдом составили знаменитую троицу учеников француза Шарко, практиковавшего в клинике парижского пригорода Шарантона, где в свое время сиживал и маркиз де Сад. Каждый из последователей «гипнотизера» пошел своим путем. Немец Фогт на деньги Крупа основал институт по изучению мозга в берлинском Бухе. Среди его сотрудников был и К. Бродман, ярый сторонник концепции локализации различных функций в клетках коры, получивших название «поле Бродмана».

В течение века примерно 80 идентифицированных полей вполне удовлетворяли требования нейробиологов. Но уже в XXI веке стартовал международный проект «Коннектом человека». «Коннектом» означает совокупность внутримозговых путей, образуемых отростками нейронов (аксонами и дендритами). В рамках этого проекта сотрудники университета Вашингтона в Сент-Луисе и компьютерщики из Сингапурского университета обработали данные исследования коры 210 молодых добровольцев, подтвердив реальность выделенных Бродманом 83 полей, к которым добавили 97 новых.

Авторы работы, результаты которой опубликовал журнал Nature, считают, что им удалось создать достоверную (надежность картирования достигает 96,6%) и легко читаемую карту усредненной корковой матрицы, открывающую уникальное пересечение индивидуальных талантов и креативных способностей. Уникальность связана именно с человеком, потому что ни у одного животного подобного членения на две сотни полей нет.

Свои поля Бродман выделил, исходя из особенностей клеточной архитектуры (цитоархитектоники), которые он наблюдал при изучении мертвого мозга. Сегодня мозг исследуют, что называется, в режиме реального времени, online, живой. Структуры, лежащие в основе функциональных соединений, образованы синапсами с их белковыми рецепторами, встроенными в оболочки нейронов.

Именно к синапсам по микротрубочкам внутри отростков подходят везикулы с нейромедиаторами в них (наиболее известен адреналин). Везикулы – это мелкие сосудики. Для функции нормальных везикул очень важен белок, структуру которого раскрыли в Брюссельском исследовательском центре и Кембридже.

Активность везикул в синапсах крайне важна для формирования, хранения и изъятия памяти. В начале 2016 года выяснилось, что емкость ее в мозге как минимум в 10 раз больше, нежели полагали ученые. Об этом сообщал интернет-ресурс eLife. Это выяснилось при компьютерной реконструкции структуры гиппокампа, или извилины морского конька, лежащей на основании височной доли.

Помимо адреналина в мозге действуют и другие нейромедиаторы, например серотонин, называемый часто гормоном хорошего настроения и  гормоном счастья. Но в университете Киото выяснили, что серотонин определяет и термотаксис (стремление к теплу или прохладе).

Академические результаты имеют большое практическое значение. В университете Копенгагена и берлинской клинике Шарите показали, что контроль опухоли мозга (нейробластомы) осуществляется белковым нейротрофином, название которого переводится как «нейропитание». А белок семафорин открывает путь росту нервных отростков (Science Signaling).

Понимание функций семафорина крайне важно для понимания нейродегенеративных расстройств аутистического спектра (ASD). В Гарварде выяснили, что в этом виноват фермент МЕСР (Methyl CpG Protein), выключающий гены нейроразвития. Мутация гена МЕСР приводит к синдрому, описанному в 1966 году педиатром А. Реттом, соотечественником Фрейда. Синдром характеризуется атрофией мозга, а иногда и микроцефалией (как у детей в Бразилии, родившихся у матерей, инфицированных вирусом Зика).

На этом фоне особенно важным кажется сообщение, поступившее из Йельского университета, где впервые с помощью позитрон-эмиссионного томографа (ПЭТ) увидели яркое свечение везикул, говорящее об интенсивном общении нейронов коры головного мозга. Нарушение этой коммуникации наблюдается при болезни Альцгеймера, эпилепсии, а также других патологических состояниях мозга. В Йеле светящийся изотоп йода «подцепили» к белку синаптических везикул, благодаря чему и стало возможным увидеть активность разных участков, или полей, коры.

Ученые считают, что разработанный ими подход позволит быстрее ставить диагнозы и разрабатывать лекарства для лечения нейродегенеративных состояний.