Нейроны мозга рассмотрели по слоям

Нервные клетки глубинных слоёв зрительной коры удалось увидеть за работой.

Нейроны в коре мозга расположены не абы как, а шестью слоями. Клетки разных слоёв обмениваются импульсами друг с другом, и чтобы в точности понять, как мозг обрабатывает информацию, мы должны увидеть сразу все слои, чтобы они были живые и работали.

Есть методы, которые позволяют наблюдать за активностью нейронов мозга вживую – то есть прямо в мозге лабораторной крысы или мыши, которой что-то показывают. Но если поверхностные нейроны рассмотреть сравнительно легко, то что насчёт нейронов из более глубоких слоёв?

Заглянуть вглубь живой ткани позволяет многофотонная сканирующая микроскопия. В ткань посылают низкоэнергетические фотоны, которые должны попасть во флуоресцентную молекулу (клетки можно снабдить такой молекулой с помощью генной инженерии). Одного фотона для флуоресцентной молекулы будет недостаточно, но если их попадёт в неё два или три, то в сумме они принесут достаточно энергии, чтобы заставить флуоресцентную молекулу светиться.

Фотоны приходят в ткань с лазерным лучом, который нужно хорошо сфокусировать, чтобы во флуоресцентные молекулы попадало нужные два-три фотона. Соответственно, если требуется два фотона, микроскопия называется двухфотонной, если три – трёхфотонной. С помощью трёхфотонной микроскопии можно заглянуть глубже, чем с помощью двухфотонной.

Исследователи из Массачусетского технологического института использовали оптимизированный вариант трёхфотонной микроскопии. Нужно было не только не сжечь клетки лазерным импульсом – нужно было, чтобы они вообще его никак не чувствовали и продолжали работать, как обычно. У работающих нейронов внутри меняется уровень ионов кальция, и потому в качестве флуоресцентного вещества использовали молекулу, чувствительную к концентрации кальция.

Мыши показывали на экране сетчатые узоры в разной ориентации и движущиеся в одну или в другую сторону. Все нейроны зрительной коры участвуют в обработке зрительной информации, но клетки разных слоёв предпочитают работать с тем или иным аспектом изображения. Оптимизированная микроскопия позволила увидеть, как работают нейроны нижних слоёв, пятого и шестого.

В частности, нейроны пятого слоя в большей степени, чем остальные, реагировали на любую ориентацию изображения (а ориентаций было двенадцать) – нейроны из других слоёв выделяли для себя лишь какие-то способы расположения рисунка. Кроме того, пятый слой демонстрировал больше спонтанной активности, и у его нейроны больше соединений с глубинными зонами мозга. А вот клетки шестого слоя, наоборот, оказались наиболее разборчивыми в том, что касалось ориентации картинки – то есть они сильнее всего реагировали лишь на какую-то отдельную ориентацию.

Но самое удивительное, как говорится в статье в Nature Communications, что на зрительные стимулы реагировали так называемые нейроны подложки, которые в коре лежат ниже всех прочих. Во время эмбрионального развития нейроны подложки появляются среди нейронов коры самыми первыми – они играют большую роль в формировании правильных межнейронных связей и созревании коры в целом. Считается, что после рождения их активность падает, и они едва ли не исчезают за ненадобностью.

Теперь же оказалось, что нейроны подложки реагируют на то, что видит взрослая мышь, хотя и слабее, чем нейроны верхних слоёв. Какова их роль в общем концерте клеток, ещё предстоит выяснить – и, возможно, это удастся сделать с помощью подобных методов глубинного наблюдения, которые позволяют наблюдать самые разные нейроны за работой.