Синапсы, просветленные лазером

Синапсы бывают разного размера. И это определяет эффективность работы мозга. Иллюстрация Physorg

В 2010 году южноафриканский нейробиолог Генри Маркрам утверждал, что «искусственные мозги неминуемы»! Можно вспомнить и проект Илона Маска Neuralink, цель которого – создание интерфейса «мозг-компьютер» (BCI – Brain-Computer Interface). По ходу реализации этого проекта макаку Пэйджер научили пользоваться джойстиком для управления движением квадратика на дисплее.

Но Маркрам не выполнил своего обещания, согласно которому он через 10 лет создаст компьютерный мозг. Кстати, Европейский союз выделил ему миллиард евро! Тем не менее в мае 2021 года Университет науки и технологии в Эр-Риаде и лозаннский Политех провели в рамках проекта Blue Brain рабочую конференцию под названием «Интегративное моделирование энергетического обмена в мозге».

В чем же проблема с мозгом? Поначалу ученые привыкали к тому, что он стабилен и неизменен, хотя активно растет и развивается в утробе матери. Но уже относительно давно стало известно, что клетки мозга весьма динамичны. Это особенно ярко проявляется на примере синапсов, или точек межклеточного взаимодействия.

Известно, например, что белок лептин (от греч. – тонкость, изящество, красота), вырабатываемый жировыми клетками, подавляет чувство аппетита и не «позволяет» переедать. Однако ученые в Университете штата Вашингтон в г. Пуллман и их коллеги из Марсельского университета выяснили, что лептин необходим и для образования синапсов. Нарушение в этом процессе приводит к аутизму и другим нейродегенеративным расстройствам.

В Калифорнийском университете Сан-Франциско для выявления генов, помогающих нервным клеткам перенести окислительный стресс, применили метод редактирования генома. В результате такого скрининга ученые выявили дефект в лизосомах, убивающий нейроны. Результаты были недавно опубликованы в журнале Nature. Лизосомы – «тельца» в цитоплазме, в которых осуществляется переваривание (лизис) всего того, что попало в клетку. Например, в лизосомах макрофагов идет «демонтаж» вирусов и бактерий. После выявления роли одного из белков в борьбе с оксидативным стрессом нейронов калифорнийцы выключили его ген. В итоге произошло накопление в нервных клетках жиросодержащего вещества, считающегося маркером старения, и агрессивных радикалов кислорода, которые «рвут» цепи ДНК.

Наш мозг содержит много разных жировых веществ. Одно из них – миелин, отложения которого надежно защищают нервные отростки. Поэтому в Институте нейронаук испанского г. Аликанте для выявления сетей, образуемых группами клеток, использовали обезжиривание мышиного мозга, что сделало его более прозрачным. Речь идет о нервных клетках, синтезирующих окситоцин и вазопрессин, представляющих собой биоактивные нейропептиды (цепочки аминокислот). В Аликанте выяснили, что окситоцин также крайне важен и для внутриутробного развития мозга, а также нейронной пластичности после рождения. Пластичность как раз проявляется в динамике образования синапсов.

Все эти академические исследования направлены в конечном итоге на разработку интерфейсов, призванных помочь страдающим людям. Медицинское приложение журнала Nature опубликовало результаты успешного лечения 58-летнего мужчины, потерявшего зрение. Специалисты Питтсбургского и Базельского университетов с помощью аденовируса (использованного и при создании векторных вакцин против COVID-19) осуществили генетический трансфер светочувствительного белка в клетки сетчатки.

После «приживления» гена подаваемый на сетчатку лазерный свет включал генерацию зрительных сигналов, благодаря которым через специально сконструированные очки пациент стал различать и определять местоположение трех предметов на столе в 92% попыток. При этом успех был также подтвержден с помощью ЭЭГ, определяющей «приход» импульсов в зрительную кору затылочных долей.