Нейробиологи восстановили нейрон мыши с аксоном общей длиной 70,32 сантиметра

Глубоко в стволе мозга — примерно у основания черепа — расположена крошечная область размером с булавочную головку. Её называют голубоватым пятном (locus coeruleus), что по-латыни означает «голубое место»: именно так выглядит этот кластер нейронов из-за синего пигмента, образующегося при синтезе норадреналина. Результаты нового исследования учёных Института Аллена, опубликованного в журнале Nature, переворачивают давние представления о том, как работает эта структура.

Голубоватое пятно содержит лишь несколько тысяч нейронов. Эти клетки выделяют норадреналин — нейромедиатор, участвующий в регуляции реакции на стресс, внимания и обучения.

Один громкоговоритель или сложная система маршрутизации?

Десятилетиями считалось, что голубоватое пятно работает как «единый громкоговоритель»: при возбуждении оно широковещательно рассылает один унифицированный сигнал норадреналина по всему мозгу сразу. Новая работа показывает, что это не так.

Используя комбинацию методов мозговой визуализации, нейронных записей, генетических инструментов и поведенческих экспериментов на мышах, команда Института Аллена впервые построила детальную карту: какие нейроны голубоватого пятна куда именно направляют свои аксоны.

Оказалось, что каждый отдельный нейрон, как правило, «специализируется» на конкретных областях мозга. Вместе они охватывают практически всю центральную нервную систему, но делают это не хаотично, а по чёткому топографическому принципу. Нейроны из разных частей голубоватого пятна проецируются в разные мозговые регионы — в зависимости от своего положения внутри структуры.

Рекорд: нейрон длиной 70,32 сантиметра

У одного восстановленного нейрона общая протяжённость аксона составила 70,32 сантиметра. Речь идёт о разветвлённом отростке нервной клетки, а не о прямой линии такой длины внутри мозга.

«Насколько нам известно, это самый длинный нейрон, который когда-либо был восстановлен у мыши», — сказал Джеремайя Коэн, ведущий научный сотрудник Института Аллена для нейронной динамики.

Длина 70,32 сантиметра у животного размером около 10–12 сантиметров выглядит невероятно — и тем не менее это факт. Подобная протяжённость объясняет, почему несколько нейронов голубоватого пятна способны охватывать огромные объёмы нервной ткани: их аксоны ветвятся на широчайших площадях.

Обучение кодируется по-разному в зависимости от позиции нейрона

Помимо анатомических данных, исследование выявило функциональное разграничение. Нейроны, расположенные в противоположных концах голубоватого пятна, реагировали по-разному на вознаграждения, которые мыши получали в ходе обучающих задач. Это означает, что разные нейроны участвуют в обучении различными способами — в зависимости от того, какой регион мозга они иннервируют.

Помимо этого, были выявлены вариации в экспрессии генов, которые совпадают с различиями в форме нейронов и целях их проекций. Это добавляет молекулярный слой к анатомическому и функциональному разграничению.

Читайте также: Состояние мозга перед событием влияет на формирование новых воспоминаний.

Такая карта помогает изучать связи между анатомией нейронов и их функциями. Возможное применение результатов для лечения заболеваний человека пока остаётся перспективой: эксперименты проводились на мышах.