Обнаружены новые механизмы образования нейронных сетей мозга

Ученые установили, что развитие сетей тормозных нейронов идет в противоположном направлении относительно сетей возбуждающих нейронов. Возбуждающие нейроны формируют и уточняют карты внешнего мира в ходе развития и получения опыта, в то время как тормозные нейроны составляют карту, которая становится более рассредоточенной с взрослением. Результаты работы представлены в журнале Nature Neuroscience.

«Мозг представляет мир в виде особой карты активности, порожденной сетями нейронов, — объясняет ведущий автор работы Бенджамин Аренкиэль, профессор молекулярной и человеческой генетики и нейронаук из Медицинского колледжа Бейлора, изучающий нейронные сети обонятельной системы лабораторных мышей. — Такие карты обычно исследуются в контексте цепей возбуждающих нейронов, потому что клетки последнего типа численно превосходят тормозные нейроны в коре головного мозга». Изучения карт возбуждающих нейронов выявили, что они развиваются из рассеянных и перекрывающихся сетей клеток. «С течением времени опыт формирует из этих нечетких структур более организованные: например, мышиным усам соответствуют отдельные сегменты коры мозга. Направление развития от диффузных структур к более отчетливым характерно для многих областей мозга», — говорит Аренкиэль.

В новой работе ученые сфокусировались на исследовании (на примере мышей) сетей тормозных нейронов, которые также реагируют на внешние стимулы и регулируют активность нервных клеток, однако закономерности их роста не были выявлены. Мыши способны отличать большое количество запахов благодаря, помимо прочего, сложной сети тормозных нейронов, которые являются основным типом клеток в областях мозга, отвечающих за обоняние. Для поддержания этой сети новые тормозные нейроны постоянно интегрируются в соответствующие цепи. Проследив за добавлением нейронов во времени, Аранкиэль с коллегами выяснили, как формируются сети тормозных нейронов. Для начала они с помощью генетических меток заставили светиться нейроны в активном состоянии. Затем они с помощью микроскопа наблюдали, какие сети в мозге светятся в случае чувствования мышью каждого конкретного запаха. Также было изучено изменение сетей в процесса обучения животного узнавать отдельных запахи.

Ученые ожидали, что сети тормозных нейронов развиваются так же, как и в случае возбуждающих, то есть чем больше животное чувствует запах, тем более четкими становятся сети. Однако они обнаружили противоположное направление. Аранкиэль с коллегами считают, что нейронные сети можно сравнить с дорожной инфраструктурой: роль дорог играют возбуждающие нейроны, в то время как тормозные соответствуют светофорам. Исследователи предполагают, что формирование полезных нейронных сетей происходит в тесном взаимодействии тормозных и возбуждающих клеток нервной системы.