Мозок надсилає сигнали не всім одразу, а адресно
У глибині стовбура мозку ховається крихітна група нервових клітин, яку науковці називають блакитною плямою. Латинська назва цієї ділянки - locus coeruleus - буквально й означає синє місце.
Попри скромні розміри, вплив цієї групи клітин на роботу мозку величезний. Саме вона виробляє норадреналін - хімічного посередника, який керує увагою, навчанням, частотою пульсу і реакціями тіла на стрес та збудження.
Десятиліттями блакитну пляму уявляли як гучномовець: один загальний сигнал на весь мозок одразу. Нове дослідження Інституту Аллена, опубліковане в журналі Nature, показало зовсім іншу картину. Сигналів виявилося кілька, і кожен із них іде лише своїм адресатам.
Різні клітини - різні адреси
Команда поєднала кілька методів одразу: візуалізацію всього мозку, записи активності нейронів, генетичні техніки і поведінкові досліди на мишах. Так вдалося простежити, куди саме тягнуться відростки кожної групи клітин блакитної плями.
Нейрони верхньої частини ділянки з'єднуються переважно з корою і переднім мозком. Клітини нижньої частини шлють сигнали головно до стовбура мозку і спинного мозку. Тобто різні поверхи однієї крихітної структури обслуговують зовсім різні завдання.
Відмінності не обмежилися зв'язками. У двох груп виявилися й різні патерни активності генів, тобто спеціалізація закладена в самій будові цих клітин, а не виникає випадково.
Один зі співавторів роботи, Карел Свобода з Інституту Аллена, порівняв систему норадреналіну не з сиреною, а з точною поштовою мережею. Листи різні, адресати різні, і плутанини між ними немає.
Одні клітини вчать, інші вирішують, чи діяти
Верхні нейрони, пов'язані з корою, особливо активно працювали під час навчання. Коли миші виконували завдання на вибір і міняли своє рішення після невдалого результату, саме ці клітини посилювали активність.
Нижні нейрони поводилися інакше. Їхня активність зростала незадовго до того, як тварини ігнорували сигнали про доступну винагороду. Схоже, ця група відповідає за те, чи відгукується організм на можливості, які пропонує довкілля.
Масштаб роботи вражає сам по собі. Науковці вивчили зображення майже тридцяти п'яти тисяч нейронів і генетичні профілі майже чотирьохсот тисяч клітин, а структури окремих клітин реконструювали повністю.
Під час реконструкцій трапилася ще одна знахідка. Відростки цих нейронів, аксони, виявилися надзвичайно довгими - у середньому близько тридцяти п'яти сантиметрів. Один аксон сягнув понад сімдесят сантиметрів, і це один із найдовших поодиноких нейронів, коли-небудь виміряних у миші.
При цьому навіть такий гігант не роздає норадреналін усюди. Його відгалуження охоплюють велику частину кори, але обминають мозочок, стовбур і спинний мозок. Адресність зберігається навіть там, де масштаб здається безмежним.
Чому це важливо для майбутнього лікування
Норадреналін - одна з головних мішеней ліків від депресії, тривожних розладів і розладу дефіциту уваги з гіперактивністю. А клітини блакитної плями належать до тих, що руйнуються при хворобі Альцгеймера одними з перших.
Нинішні препарати, які впливають на норадреналін, діють на всю систему водночас. Вони можуть допомагати одному ланцюгу мозку і водночас спричиняти небажані ефекти в іншому. Точна карта окремих шляхів дає шанс створювати терапію, що працює лише там, де це потрібно.
Автори також помітили схожість цієї системи з дофаміновою, яка відповідає за формування звичок. Імовірно, обидва посередники працюють разом під час навчання і допомагають мозку засвоювати складні поняття паралельно.
Роботу виконано на мишах, і до нових ліків для людей ще далеко. Проте уявлення про роботу мозку вона вже змінила: він не кричить усім відділам одразу, а розсилає точні адресні повідомлення.