В мозге нашли нейронный спидометр

Чтобы лучше ориентироваться в пространстве, мозг измеряет скорость движения с помощью специальных нейронов.

Исследователи из Норвежского университета естественных и технических наук обнаружили в мозге крысы нейроны скорости – их активность менялась в зависимости от того, как быстро двигалась крыса.

Открытие совершили (вместе с коллегами, разумеется) супруги Мозеры, и их интерес к «клеткам скорости» не случаен. Мэй-Бритт и Эдвард Мозеры (May-Britt, Edvard Moser) стали лауреатами прошлогодней Нобелевской премии за свои работы, посвящённые нейронной системе пространственной ориентации.

В 2005 году они нашли в энторинальной коре группу нервных клеток, которые быстро получили прозвище GPS-системы мозга. Эти клетки по очереди возбуждаются, пока индивидуум передвигается в пространстве, – то есть, можно сказать, что нейроны отмечают участки территории. Особенность же их в том, что включаются такие нейроны по особой схеме, разбивая пространство на шестиугольные фрагменты, делая его похожим на огромную решётку. Отсюда и их название – grid-нейроны, или нейроны решётки. Сама же энторинальная кора играет большую роль в формировании пространственной памяти и декларативной памяти (о событиях и объектах, которые мы видели своим глазами).

Но, как легко понять, работа клеток пространственной ориентации зависит от того, с какой скоростью индивидуум движется через ландшафт. Очевидно, что работа нейронной GPS-системы должна корректироваться какими-то датчиками скорости. С другой стороны, картирование местности зависит ещё и от окружающего контекста, направления движения, наличия или отсутствия границ. Поэтому найти нейроны, которые отмечали бы скорость, было весьма непростой задачей: их активность в мозге подопытных животных требовалось отделить от активности других, которые реагировали на смену направления, на контекст и т. д. Кроме того, свободно перемещающееся животное часто останавливается, и во время остановки, по словам авторов работы, мозг – по крайней мере, та его часть, которая отвечает за ориентацию в пространстве – вообще переключается в другой режим работы.

Нейробиологи воспользовались остроумным устройством, похожим на автомобиль без дна: крыса в нём могла двигаться только в одном направлении и с той скоростью, с которой двигалось само устройство. «Автомобиль» был запрограммирован менять скорость, но ни разу не останавливаться на протяжении тех 4 метров, которые он «проезжал» вместе с крысой. В результате удалось обнаружить клетки, чья активность чётко менялась при ускорении или при замедлении движения, причём они работали даже в том случае, если животное двигалось в темноте. В этом они похожи на нейроны пространственной решётки, которые работают вне зависимости от окружения, расчерчивая окружающее пространство независимо от того, что находится вокруг. (За конкретное наполнение ландшафта отвечают другие клетки, открытые Джоном О'Кифи, разделившим Нобелевскую премию с супругами Мозер.) Нейроны скорости находятся там же, где и grid-нейроны – в энторинальной коре, и, скорее всего, обе группы клеток активно общаются друг с другом. Результаты исследований опубликованы в Nature.

Однако не факт, что новые клетки окажутся единственными, что обладают функцией спидометра. По словам Майкла Хассельмо (Michael Hasselmo) из Бостонского университета, у него и его сотрудников скоро будет опубликована статья с описанием нескольких типов измеряющих скорость нейронов, среди которых есть и те, что находятся в энторинальной коре.

С другой стороны, можно вспомнить совсем недавнюю работу в Neuron – в ней нейробиологи из Университета Бонна и Немецкого центра нейродегенеративных болезней описывают нейронную цепь, связывающую пространственную память и скорость передвижения. Меняя частоту импульсов в этой цепи, можно было повлиять на поведение мыши, на то, как она двигалась. Скоростная цепочка клеток оказалась связана с гиппокампом, главным центром памяти; с другой стороны, энторинальная кора тоже входит в «зону влияния» гиппокампа.

Хотя все описанные эксперименты выполнялись на животных, у человека, скорее всего, дела обстоят точно так же – ведь и для нас важно знать скорость собственного движения. Возможно, существует несколько нейронных спидометров, которые вместе следят за перемещениями тела и сообщают о них в GPS-системе, которая, в свою очередь, вместе с картами, хранящимися в памяти, формирует картину того, где мы находимся.