В коре грызунов каждый ус на мордочке представлен отдельной вертикальной цилиндрической кортикальной колонкой – баррелом. В течение последних 50 лет они представляли собой предмет исследований нейробиологов по всему миру, ведь это – образцовая физиологическая модель того, как мозг млекопитающих получает сенсорную информацию. Но существенные открытия ещё предстоит сделать: исследователи из Университета Брауна обнаружили ранее неизвестный набор соответствующих структур ствола на два слоя глубже в коре, чем баррелы. Он показывает более полную картину обработки сенсорной информации. Работа опубликована в Cell Reports.
Звёздочками обозначено местоположение обнаруженных «нижних баррелов» во внутреннем слое коры головного мозга мыши. Таламус – область в правом нижнем углу изображения. Credit: Crandall et al.
Хоть люди и не используют усы при восприятии окружающей среды, новые исследования этих самых усов помогают учёным лучше понять, как взаимодействуют две области мозга – кора, которая обрабатывает информацию, и таламус, который передаёт эту информацию в кору. Предполагалось, что баррелы, обнаруженные в 1970 году в четвёртом слое коры, обрабатывают большую часть этого взаимодействия. Может быть, это действительно так, но обнаружены параллельные похожие «нижние баррелы» («infrabarrels») в шестом слое – а слой, наиболее близкий к таламусу, может играть ещё большую роль.
Есть шанс, что учёные обнаружат неисследованный ранее механизм взаимодействия между областями. И исследовать его крайне важно, учитывая, насколько большую роль играют процессы сенсорной обработки и внимание. Но сделать это не так просто из-за огромного разнообразия клеток в корковых слоях.
«Мозг мышиных усов» привлекателен для нейробиологов, поскольку очень чётко организован. Каждый ус соединяется с отдельной цепью нейронов, идущей в таламус, а на изображении каждый баррел в четвёртом слое соответствует одному усику. В целом, у людей и мышей есть карта нейронов в коре, которые определяют ощущения со всех концов тела. Например, есть клетки, которые обрабатывают ощущение в левом локте. И как только эти нейроны принимают информацию из таламуса, многие другие посылают сообщения из коры обратно в таламус.
«Кора не только получает информацию о мире через таламус, но и обрабатывает её. Мозг постоянно принимает решения о том, на какую информацию обратить внимание и на что не обращать», — говорит Барри Коннорс (Barry W. Connors), профессор нейронаук из Университета Брауна.
В новом исследовании учёные попытались понять, как организованы клетки в шестом слое и какую роль они играют. Для этого авторы использовали генетически модифицированных мышей, у которых экспрессировались различные флуоресцирующие белки в очень специфических типах клеток. Например, в кортикоталамических (КТ) нейронах в шестом слое, которые при помощи мутации «загорелись» жёлтым.
В результате учёные увидели, что эти КТ-нейроны плотно сгруппированы в структуры, которые не только очень похожи на баррелы в четвёртом слое (которые на изображении светятся красным), но также находятся прямо под ними.
Дальше в дело включилась оптогенетика: благодаря этому методу можно активировать или подавлять деятельность клетки импульсами видимого света. Учёные стимулировали различные клетки в таламусе, чтобы увидеть, какие нейроны шестого слоя с ними связаны. Они обнаружили, что хотя таламические нейроны вообще не оказывают большого влияния на КТ нейроны, они возбуждают многие нервные клетки в промежутке между баррелами шестого слоя – кортикокортикальные (КК) нейроны.
Это показывает, что по крайней мере некоторые связи между корой и таламусом осуществляются клетками КT. Учёные также предполагают, что таламус не только посылает входные данные в кору, которые обрабатываются в четвёртом слое, но и в КК нейроны в шестом слое.
Текст: Любовь Пушкарская
Infrabarrels Are Layer 6 Circuit Modules in the Barrel Cortex that Link Long-Range Inputs and Outputs by Shane R. Crandall, Saundra L. Patrick, Scott J. Cruikshank, and Barry W. Connors in Cell Reports.Published online December 2017
doi:10.1016/j.celrep.2017.11.049