Команда нейрофизиологов из Стенфордского университета под руководством доцента Чин Хён Ли опубликовала в журнале eLife работу, в которой им удалось методами оптогенетики «включать» или «выключать» состояние бодрствования у крыс.
Для этого авторы модифицировали нейроны таламуса (области головного мозга, обрабатывающей сигналы от органов чувств, за исключением обоняния, и распределяющей импульсы от них в кору) так, чтобы в этих клетках экспрессировались светочувствительные канальные белки.
Таким образом, у исследователей появилась возможность возбуждать нейроны посредством лазерных импульсов.
Оказалось, что возбуждение лазером клеток таламуса с частотой в 10 Гц вызывало глубокий сон с предшествующим подобием малого эпилептического припадка или абсанса (оцепенения). А если те же клетки возбуждались с частотой 40 или 100 Гц, это вызывало немедленное пробуждение с активацией фронтальной коры, полосатого тела, соматосенсорной коры. Возбуждение или угнетение этих участков головного мозга регистрировалось при помощи функциональной МРТ.
Электроэнцефалографические исследования показали, что низкочастотная стимуляция центральной зоны таламуса вызывала появление специфических веретенообразных паттернов (сонных веретен), которые характерны для сна, а высокочастотная таких паттернов не давала. Видимо, в обнаруженном явлении играет значительную роль так называемый неопределенный слой (zona incerta) субталамуса (части промежуточного мозга, располагающейся рядом с таламусом). Именно он посылает тормозящие сигналы в сенсорную кору – во время экспериментов блокировка нейронов сенсорной коры прекращала “выключение” крыс низкочастотной стимуляцией.
Мы показали, как связи в мозге могут регулировать статусы пробуждения.Мы надеемся, что обретенные нами знания помогут усовершенствовать способы коррекции повреждений мозга и прочих неврологических расстройств.
Чин Хён Ли, доцент Стенфордского университета.