На этой неделе в журналах по теме нейронаук читайте о способе закисления внутриклеточной среды в нейронах, о механизмах проприоцепции, о контроле произвольных движений у людей с синдромом Туретта, а также о природе низкой мотивации.
Закисление синаптических везикул и лизосом с помощью оптогенетики
Nature neuroscience, 9 November 2015
Дизайн метода pHoenix
В журнале Nature neuroscience на этой неделе была опубликована статья, авторам которой удалось создать новый метод для управления рН-балансом внутри клеток. Ученые назвали свое изобретение «Феникс» (pHoenix — как видите, здесь есть некий каламбур). «Феникс» позволяет селективно экспрессировать светочувствительные протонные насосы archaerhodopsin-3 на мембранах синаптических везикул. При помощи везикул можно перемещать функциональные протонные помпы от одного нейрона к другому, что позволяет оптогенетически (с помощью света) контролировать рН-баланс внутри клеток и накопление в терминалях отростков нейромедиатора. Исследователям также удалось установить, что слияние везикул с пресинаптической мембраной наиболее активно происходит только в том случае, когда везикулы оказываются полностью заполненными нейромедиатором. В то время как применение «Феникса» на везикулах с низким содержанием нейромедиатора лишь незначительно увеличило количество слияний везикул с мембраной. Кроме того, показано, что предложенную методику «Феникс» можно использовать также для контроля рН с помощью света в лизосомах нервных клеток.
Rost B. R., Schneider F., Grauel M.K., et al. Optogenetic acidification of synaptic vesicles and lysosomes / Nature Neuroscience, November 9, 2015.
Механизмы проприоцепции
Nature neuroscience, 9 November 2015
Проприоцепция — чувство собственного тела и положения его частей в пространстве. Для проприоцепции важнейшее значение имеют специализированные механорецепторы, которые воспринимают растяжение или сжатие кожи, мышц и связок. До сих пор оставалось неизвестным, какие ионные каналы обеспечивают чувствительность в отношении растяжения мышц и сухожилий. В статье, опубликованной в журнале Nature neuroscience, повествуется о результатах эксперимента по изучению механизмов проприоцепции. Ученые обнаружили, что на чувствительных окончаниях проприоцептивных нейронов, которые иннервируют сухожильные органы Гольджи и мышечные веретена у мышей экспрессируется белок Piezo2. Этот белок — неселективный катионный канал, способный к активации в ответ на механическое воздействие. Изучая две линии мышей с удаленным геном Piezo2, исследователи отметили у них серьезные нарушения в координации движений, а также аномальную постановку конечностей. Кроме того, у мышей с дефицитом Piezo2 существенно снижалась способность проприорецепторов генерировать электрические импульсы в ответ на растяжение мышц. Эксперименты на мышах были подтверждены исследованием на культуре проприоцептивных нейронов. По результатам эксперимента установлено, что важнейшим механически активируемым ионным каналом для передачи сигналов о растяжении мышц и сухожилий является белок Piezo2.
Woo S.H., Lukacs V., de Nooij J.C., et al. Piezo2 is the principal mechanotransduction channel for proprioception / Nature Neuroscience, November 9, 2015.
Контроль движений при синдроме Туретта
European Journal of Neuroscience, 13 November 2015
Синдром Туретта — относительно часто встречающееся наследственное заболевание, которое проявляется множеством двигательных и вокальных тиков. Этот синдром в обществе считается довольно странным заболеванием, поскольку характеризуется непроизвольными движениями и, нередко, выкрикиванием нецензурных слов больными, причем интеллект людей с синдромом Туретта остается нормальным. Статья, опубликованная на этой неделе в журнале European Journal of Neuroscience, посвящена изучению механизмов контроля произвольной двигательной активности в коре головного мозга. В эксперименте участвовало 24 человека с синдромом Турета и столько же здоровых добровольцев. Для оценки контроля двигательной активности в коре головного мозга испытуемых просили сначала представить, а затем действительно отвести большой палец руки перпендикулярно ладони. При этом испытуемым проводили фМРТ- сканирование мозга. Исследователи также определяли, как связаны проявления синдрома Туретта с двигательной активностью при помощи специальной шкалы для оценки интенсивности тиков. По результатам исследования выяснилось, что у людей с синдромом Туретта гиперактивны некоторые регионы коры головного мозга (премоторная и префронтальная области коры) как при воображаемом, так и при реальном произвольном движении пальцем. При этом воображаемое движение приводило к гиперактивации премоторной коры и снижало интенсивность проявления тиков у больных. Таким образом, ученым удалось обнаружить, что у больных с синдромом Туретта иначе, чем у здоровых людей организована корковая система контроля произвольных движений, которая к тому же не зависит от фактического исполнения двигательных актов.
Zapparoli L., Porta M., Gandola M., et al. An fMRI investigation of motor control in Gilles de la Tourette syndrome during imagined and executed movements / European Journal of Neuroscience, November 13, 2015.
Биологическая природа низкой мотивации
Cerebral Cortex, 12 November 2015
Низкая мотивация и производительность труда, а также феномен «поведенческой апатии» являются серьезными социально-экономическими проблемами в современном мире. На этой неделе в журнале Cerebral Cortex была опубликована статья посвященная исследованию биологических основ отсутствия мотивации. В эксперименте участвовало 40 здоровых добровольцев, каждый из которых прошел тест на мотивацию. После прохождения теста, добровольцам было предложено сыграть в игру, выбрав уровень сложности и награду. В процессе игры испытуемым делали фМРТ-сканирование головного мозга. К своему удивлению ученые обнаружили, что у людей с меньшей мотивацией (то есть людей, которые менее склонны к затрате усилий) одна из областей мозга оказалась более активной по сравнению с группой высоко мотивированных испытуемых, а именно — регион премоторной коры (часть поля Бродмана 6). Область премоторной коры является важным корковым центром обработки информации, в котором происходит контроль и принятие решений, связанных с двигательной активностью. Кроме того, выяснилось, что у добровольцев с меньшей мотивацией несколько иначе организованы и связаны между собой нервные центры (дополнительная моторная область коры и передняя поясная кора), участвующие в превращении намерений в реальные действия. Таким образом, исследователям впервые удалось обнаружить, как функциональное устройство головного мозга связано с низкой мотивацией и поведенческой апатией.
Bonnelle V., Manohar S., Behrens T., Husain M. Individual Differences in Premotor Brain Systems Underlie Behavioral Apathy. Cerebral Cortex, November 12, 2015.