«Натиснувши вимикачем» в мозку, вчені змогли побачити, як клітини взаємодіють один з одним.
У головному мозку кожної людини знаходяться клітини, які розпізнають строго певні місця, які ми відвідали або відвідуємо - що і є основним видом діяльності цих клітин. Ці клітини, так звані «клітини місця» (place cells), розташовуються головним чином в гіпокампі (hippocampus), ділянці головного мозку, що знаходиться за скроневої областю. Хоча той факт, що ці клітини взаємодіють з прилеглими нервовими клітинами, передаючи тим інформацію, не викликає ніяких сумнівів, поки що нікому з учених не вдалося достовірно встановити, який саме тип нервових клітин взаємодіє з «клітинами місця» для генерації коду, специфічного для кожного з ділянок людського організму. Нервові клітини нашого організму поділяються на безліч видів - причому кожен з них виконує строго певні функції. Деякі з них взаємодіють тільки з певними ділянками організму, в той час як інші діють як свого роду компас, підказуючи нам, в який бік нам потрібно повернути голову.
«Мозок щура - розміром з виноградину. Усередині нього розташовано близько 50 мільйонів нервових клітин, які, взаємодіючи один з одним, здатні визначити реакцію організму на приблизно 450 мільярдів різних потенційних предметів навколишнього середовища або обстановки », - пояснює професор Едвард Мозер, директор Інституту імені Кавлі.
«Усередині цього мозку, настільки ж крихітного, як виноградина, знаходяться ділянки, що відповідають за пам'ять і інстинкт орієнтування в просторі - причому кожен з цих ділянок в розмірах поступається виноградному зернятку. Також в ньому знаходяться клітини, що реагують на строго певні деталі навколишнього середовища - так звані «клітини місця». Однак може виникнути питання: з яких клітин клітини місця отримують відповідну інформацію? »
Основна проблема, зрозуміло, полягала в тому, що вчені не могли просто взяти і розрізати мозок щура для того, щоб побачити, як його клітини взаємодіють один з одним. З тим же успіхом ми могли б взяти гору спагетті, розрізати її на дрібні шматочки і потім намагатися зрозуміти, яка сила пов'язувала спагетті в єдиний «клубок» до того, як цей самий клубок розрізали.
Для того, щоб відповісти на ці запитання, потрібні зовсім інші підходи насамперед неврологічного характеру, в числі яких виступають і так звані «вимикачі».
Нервові клітини організму багато в чому схожі на електричні дроти - вони точно так же посилають один одному сигнали. Передача сигналу при цьому здійснюється наступним чином: з «тіла» нервової клітини сигнал надходить в сусідні клітини, проходячи через ділянку, званий аксоном. Однак клітини місця можуть приймати слабкі електричні імпульси з декількох або навіть багатьох аксонів одночасно.
Яку ж роль тут грають «вимикачі»?
«У ході нашого дослідження, в першу чергу аксони були інфіковані нешкідливим вірусом», - пояснює Мозер. «Нами був створений унікальний вірус, який не призводить до розвитку будь-якого захворювання і в той же час служить свого роду проводять шляхом для генів, направляючи їх в певні клітини. Вірус проникає всередину нервової клітини, прямуючи до її ядра і вже перебуваючи там, він використовує той мікроскопічний «завод», який прихований в кожній нервовій клітині організму, для створення генетичного коду, який і був спочатку закладений нами в вірус ».
Завдяки цьому генетичним кодом клітини можуть служити в якості свого роду «вимикачів», про яких і йшла мова раніше. До речі кажучи, подібні «вимикачі» є і в наших очах - що і дозволяє нам бачити. Під впливом цього вірусу нервові клітини, які до цього перебували лише в глибинах головного мозку, куди не проникає яке б то не було освітлення, стати чутливими до світла.
Потім в мозок щура були поміщені оптичні волокна, які посилали світлові сигнали до різних поки ще повністю не вивченим клітинам мозку, в яких тепер перебували «вимикачі». Також вчені імплантували в мозок крихітні мікроелектроди, розмістивши їх між клітинами так, що ті могли вловлювати сигнали, що проходять через аксони після того, як оптичні волокна починали випромінювати світло.
Потім, вчені більше десяти тисяч разів включали і вимикали джерело світла, одночасно з цим ними ретельно фіксувалася активність сотень нервових клітин, розташованих в крихітному мозку щура. Під час експерименту щури блукали по коробці (близько метра в довжину і ширину) в пошуках частування, заздалегідь підготовленого вченими. У міру того, як щур досліджувала коробку і знаходила розкладені частування, можна було дізнатися, які клітини посилають інформацію в «клітки місця», в свою чергу формують в мозку щура план коробки і місця, в якому вона перебувала в той чи інший момент.
Після того, як вчені зібрали воєдино всю отриману в ході експерименту інформацію, вони прийшли до висновку про те, що існує ціла сукупність найрізноманітніших клітин, що посилають інформацію в «клітки місця». Інстинкт орієнтування - то, що можна сміливо назвати «системою GPS» нашого мозку - формується під впливом сигналів від прикордонних клітин (border cells), Grid-нейронів (grid cells), клітин, що відповідають за нахил або повороти голови, а також тих, чиї функції ще точно не встановлені, але які, мабуть, взагалі ніяк не пов'язані з орієнтуванням. «Клітини місця» збирали інформацію не тільки про навколишнє оточення, але також і про її власних рухах, які, по суті, не залежали від оточення.
«Нам так і не вдалося поки з'ясувати, яку ж роль тут відіграють клітини, які ніяк не пов'язані з орієнтуванням. Вони посилають сигнали в «клітки місця», але які саме? І яке призначення цих сигналів? », - дивується Мозер.
«Крім того, нам все ще не ясно, як клітини гіпокампу можуть розрізняти сигнали, що надходять до них від різних клітин. Чи можна допустити, що «клітини місця» постійно «чують» всі взаємодіючі з німілеткі? Або вони якимось чином можуть розрізняти сигнали в залежності від їх тривалості? »
