Дайджест нейробиологических новостей сентября 2022
Нейронный путь у крыс, благодаря которому они заботятся друг о друге, как мозг сам старается справиться с болезнью Гентингтона, и другие новости.
Подборка от сайта «Биомолекула».
Вы узнаете: как меняются устоявшиеся взгляды на эволюцию коры мозга млекопитающих, на ее клеточный состав, о новых функциях астроцитов, о связи одиночного ядра и карты внутренних органов. Подвергнуто сомнению
устоявшееся представление о сенсомоторной коре как об исключительно сенсорной области.
Также: изучен нейронный путь крыс, связанный с заботой между особями, исследованы изменения в мозге морских млекопитающих, изучена регенерация мозга у аксолотля и изучено как мозг сам старается справиться с болезнью Гентингтона.
Новый взгляд на кору млекопитающих
Развитие рептилий и млекопитающих происходит независимо в течение приблизительно 320 миллионов лет. На сегодняшний день существует устоявшееся представление о подкорковых регионах как преимущественно древних и сильно консервативных, а о коре — как о более новой структуре. Однако структуры мозга не развиваются изолированно друг от друга, что предполагает наличие в коре млекопитающих как более новых типов нейронов, которые диверсифицировались в процессе эволюции, так и «предковых» нейронов, которые можно найти как у рептилий, так и у млекопитающих. Нейробиологи создали атлас клеточных типов мозга рептилии, австралийской бородатой агамы Pogona vitticeps, и сравнили его с существующими данными о мышином мозге. Действительно, некоторые факторы транскрипции и гены, участвующие в соединении между нейронами (проекции, синаптическая передача и сигналинг) «сохраняются» от ящериц до млекопитающих, а другие демонстрируют свидетельства эволюционных изменений. — Molecular diversity and evolution of neuron types in the amniote brain.
Гиппокампальные астроциты кодируют местоположение вознаграждения
Кальциевая динамика в астроцитах связана с кодированием сенсорной информации, а модулирование динамики влияет на поведение животного. Используя двухфотонную микроскопию, ученые наблюдали за астроцитами в участке CA1 мышей. Предварительно животным не давали воду в течение 2–3 дней, а после этого помещали на беговую дорожку. С помощью кастомного программного обеспечения и экрана была создана виртуальная среда с различными визуальными паттернами, в разных местах которой мыши «находили» воду, которая подавалась через специальную трубку. Активность астроцитов линейно возрастала, когда мыши направлялись к месту с водой в обстановке, с которой они уже знакомы. Изменение местоположения воды вызывало уменьшение активности. Ученые решили посмотреть, изменится ли активность астроцитов, когда животные привыкнут и к новой обстановке. Предположение подтвердилось: когда животные направлялись к награде после того, как освоились в новом месте, активность астроцитов снова увеличивалась. К тому же, из астроцитарной активности, с помощью линейных декодеров, оказалось возможным предсказать траекторию мыши в знакомой обстановке. Таким образом, местоположение награды отражается в активности астроцитов только в случае, если животное имеет предшествующий опыт взаимодействия с пространством. Это исследование расширяет понимание функций астроцитов, включая теперь и кодирование ожидаемого местоположения вознаграждения. — Hippocampal astrocytes encode reward location
Висцеральная карта в одиночном ядре
По сравнению с нейрональной организацией сенсорных систем, реагирующих на внешние раздражители, такие как свет, звук, запах, прикосновение, организация висцеральной нервной системы — той, что обрабатывает сигналы от внутренних органов — изучена недостаточно. Биологи c помощью двухфотонной кальциевой визуализации исследовали ядро одиночного пути у мышей, находящееся в стволе мозга. Ядро одиночного пути является «сенсорными воротами» для интероцептивных сигналов от блуждающего и других черепных нервов. При стимуляции пищеварительного канала и верхних дыхательных путей отдельные нейроны ядра реагировали на раздражение определенного органа и оказались топографически организованы в соответствии с расположением в организме. Выяснилось также, что некоторые механосенсорные и хемосенсорные сигналы от одного органа сходятся на одних и тех же нейронах в стволе мозга, тогда как сигналы разных модальностей от одного органа активируют различные нейроны блуждующего нервы. Это позволяет предположить, что на уровне ствола происходит высокоуровневая конвергенция. — A brainstem map for visceral sensations.
Соматосенсорная кора — соматосенсорная или не совсем?..
В каноничном понимании, первичная сенсорная кора обрабатывает приходящую сенсорную информацию, тогда как области, связанные с принятием решений, расположены ниже в иерархии. Используя двухфотонную кальциевую визуалицию и оптогенетическую стимуляцию нейронов, авторы исследовали первичную сенсомоторную кору мышей, когда они выполняли задачу на различение текстур. Небольшая, но отчетливая популяция нейронов реагировала на стимул вне зависимости от того, какое поведение следовало за стимулом (стимуляционные нейроны), а другая популяция реагировала, когда мыши делали выбор, вне зависимости от стимула (нейроны принятия решений). Стимуляция этих нейронов во время выполнения задачи улучшала показатели, что говорит об их участии в реализации поведения. Это исследование подвергает сомнению устоявшееся представление о сенсомоторной коре как об исключительно сенсорной области. — Behaviorally relevant decision coding in primary somatosensory cortex neurons
Нейронный путь у крыс, благодаря которому они заботятся друг о друге
Взаимодействие между членами популяции — основная часть социального устройства, о механизмах которой известно крайне мало. Исследователи обнаружили новый нейронный путь — он берет начало в заднем интраламинарном таламическом ядре (PIL) и доходит до медиальной преоптической области (MPOA). Известно, что последняя участвует в контроле ухода за сородичами. Оказалось, что нейроны в PIL и MPOA активируются при физическом контакте между самками крыс. Хемогенетическая активация PIL-нейронов и пути PIL-MPOA приводила к усилению степени ухода между сородичами. Стимуляция нейронов пути PIL-MPOA вызывает синтез паратиреоидного гормона 2 (PTH2), и при введении его антагониста отмечено снижение активности особей в уходе друг за другом.
Также подтверждено анатомическое сходство организации PIL и распределении рецепторов PTH2 в MPOA между мозгом крысы и человека. — A thalamo-preoptic pathway promotes social grooming in rodents, A gentle lick or nibble makes this brain circuit buzz
Морским млекопитающим потребовались серьезные изменения в структуре мозга для жизни в воде
Экстремальное давление, которое воздействует на мозг на глубине, привело к возникновению приспособленности млекопитающих. Ныряние увеличивает потребность в защите мозга, в этом случае воздействие оказывает даже сам физический процесс погружения на глубину — движения, которые совершают животные. Ученые смоделировали кровеносную систему мозга китообразных (задействовали 11 видов) и узнали, что эволюция свела к минимуму влияние перепадов давления на сосуды. Исследованная часть сосудов носит название retia mirabilia, и их функция ранее была неизвестна. Вероятнее всего, именно они защищают мозг китообразных от пульсации, вызванной нырянием и подъемом с глубины. Оказалось, что большая артериальная емкость в сетчатке в сочетании с небольшой внесосудистой емкостью в черепе и позвоночном канале может защитить сосуды головного мозга от 97% воздействия перепадов давления. — Retia mirabilia: Protecting the cetacean brain from locomotion-generated blood pressure pulses, Recasting the whale’s wonderful net
Как мозг сам старается справиться с болезнью Гентингтона
Болезнь Гентингтона проявляется во взрослом возрасте, однако мутация, ставшая причиной возникновения болезни, существует на протяжении всего роста и развития организма. Уже в течение первой неонатальной недели мозг мышей с мутацией демонстрировал нарушения физиологии нейронной цепи. Ко второй недели мозг нормализовал возникшие нарушения, но симптомы заболевания все равно проявлялись, только уже во взрослом возрасте. При фармакологическом воздействии на мышей в самом начале развития удавалось предупредить некоторые симптомы болезни в будущем. — Treating early postnatal circuit defect delays Huntington’s disease onset and pathology in mice, Balancing neuronal circuits
Что в мозгу у аксолотля
регенерируют поврежденные придатки и некоторые внутренние органы, включая мозг. Авторы нового исследования получили транскриптомы мозга аксолотля во время развития и регенерации для различных типов клеток, включая возбуждающие, тормозные нейроны и несколько подтипов эпендимоглиальных клеток. Оказалось, что в развитии участвуют примитивные эпендимоглиальные клетки, которые затем превращаются во взрослые, отличающиеся по молекулярным особенностям и функциям. Процесс, связанный с регенерацией и похожий на нейрогенез, тоже задействует эпендимоглиальные клетки — индуцированные травмой, они начинают делиться. Эти клетки-предшественники заполняют рану, и, превращаясь затем в зрелые нейроны, заменяют поврежденные. Проведенный транскриптомный анализ позволяет предположить, что процесс регенерации мозга частично повторяет процесс развития. Полученный транскриптом доступен в интерактивной базе данных. — Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration
Ранее был опубликован пост:
Биологи узнали, как у аксолотля регенерирует мозг
Данное исследование потенциально когда-нибудь (скорее всего, спустя десятилетия) поможет стимулировать регенерацию у людей участков мозга, поврежденных в результате инсульта, травм или при удалении опухолей...
https://vk.com/wall-198541633_407
Источник дайджеста новостей: «Биомолекула»: https://biomolecula.ru/articles/scinat-za-sentiabr-2022-1-kora-pozvonochnykh ,