Исследователи сделали новое открытие о том, как мы ориентируемся в окружающей среде, определив механизм клеток мозга, имеющий решающее значение для пространственной ориентации. Это исследование показывает, что клетки гиппокампа, необходимые для создания мысленных карт нашего окружения, активируют и выделяют эндоканнабиноиды для передачи информации о местоположении.
Инновационное использование в исследовании молекулярных инструментов и визуализации живых животных дает беспрецедентное понимание быстрой и специфической передачи сигналов этими клетками, бросая вызов предыдущим представлениям о распространении и скорости эндоканнабиноидных сигналов. Этот прорыв не только расширяет наше понимание основ навигации, но и открывает новые возможности для решения когнитивных аспектов неврологических расстройств, таких как эпилепсия.
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 (Stanford University) и сотрудничающих с ним учреждений.
Их работа, опубликованная в научном 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», — комментирует соавтор исследования доктор Барна Дудок (Barna Dudok), научный сотрудник кафедры неврологии.
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 определенной области окружающей среды. Например, расположение кофейника активирует одну ячейку места, а кладовая — другую.
«Клетки места помогают человеку узнать, где он или она находится», — добавляет Дудок.
«Когда человек проходит через определенную область окружающей среды, активируются клетки определенной области, а другие активируются, когда человек перемещается в другую область. В текущем исследовании мы работали с мышами и показали, что происходит на уровне нейронов, когда 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 у нас впервые были методы записи этих сигналов с высоким разрешением у живого животного», — объясняет Дудок.
Ученые 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 проанализировала эти изображения и поняла, что существуют эндоканнабиноидные сигналы, по которым я могу обнаружить изменения, когда мышь движется в окружающей среде», — комментирует 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», — объясняет 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 ученые ранее показали, что эпилептические припадки вызывают выброс эндоканнабиноидов. Мы хотели бы понять, способствует ли это проблемам с памятью у людей, страдающих эпилепсией», — заключает Дудок.
«Это может привести к созданию способов предотвратить или обратить вспять реорганизацию эндоканнабиноидного сигнального пути при эпилепсии и потенциально лечить сопутствующие когнитивные заболевания при этом состоянии».
