https://neurotechnologies.ru/articles Интересные и позновательные статьи на сайте Нейротехнологии.рф Thu, 28 Jul 2016 16:08:55 +0100 ru Нейронауки отправились в круиз по Волге https://neurotechnologies.ru/articles/volganeuroscience

В Санкт-Петербург приехали крупнейшие нейроучёные мира, чтобы посетить, а, точнее, «проплыть» одно из главных нейронаучных событий этого года  международную конференцию Volga Neuroscience meeting. Почему проплыть? Потому что она прямо сейчас проходит на теплоходе, который в течение семи дней будет идти из Санкт-Петербурга в Нижний Новгород. Помимо 124 приглашённых спикеров из наиболее выдающихся университетов США, Германии, Великобритании, Австралии, Швейцарии, Польши, Японии, Индии, Израиля, Бельгии, Испании и ряда других стран на теплоходе присутствуют и 30 студентов и PhD, которые принимают участие в одновременно проходящей здесь же школе молодого нейроучёного «Астроглиальный контроль ритмов развития мозга».

Конференция посвящена тем проблемам, которые стоят сейчас в нейронаучном мире наиболее остро: взаимодействию нейронов и нейроглии – особому типу нервных клеток, играющих, как оказалось, чуть ли не основную роль в контроле над передачей сигналов, а также молекулярному уровню функционирования нервной системы, нейроинтерфейсам, вычислительным исследованиям. Собственно, вся программа разделена на три основных направления работы: клеточные, молекулярные, вычислительные нейронауки, а также два семинара: «Интерфейс мозг-компьютер, когнитивная навигация и нейроинженерия» и «Развитие наук о жизни и применение нейронаук».

Организатором такого в своём роде уникального по месту проведения и составу участников мероприятия стал Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобаческого и входящий в его состав НИИ нейронаук, директор которого – доктор биологических наук Алексей Семьянов – возглавил программный комитет конференции. Нужно сказать, что он же занимает должность главного редактора молодого, но подающего большие надежды российского научного журнала на английском языке Opera Medica et Physiologica (OM&P), который вполне обоснованно претендует на серьёзное место среди мировых научных изданий. Тезисы всех докладов, представляемых на конференции, как раз вошли как в сборник, так и во второй дополнительный выпуск журнала.

 

Приветственное выступление Алексея Семьянова

Нейронаучная школа (Volga Neuroscience School), организованная в рамках «встречи», направлена на ранний старт молодых исследователей, работающих нейронауках и смежных с ними областях, а также на удовлетворение их интереса, касающегося роли астроглии в функционировании мозга. Интересно, что эта школа достаточно свободная, то есть в программе отмечены «рекомендованные» для посещения лекции, покрывающие наиболее необходимые каждому уважающему себя нейроучёному знания, но если «студент» уже определился с областью своей дальнейшей работы, то он легко может посещать только интересующие его доклады и, естественно, все пленарные лекции, которых за всё время конференции будет девять. Среди них  доклады о нейрон-глиальных взаимодействиях, роли синапсов в формировании памяти, эпигенетической регуляции межнейронных связей в мозге, современных трендах в области интерфейсов мозг-компьютер и других не менее важных вещах расскажут представители Королевского колледжа Лондона (UCL), Университета Калифорнии в Сан-Франциско (UCSF), Университета Огайо (Ohio State University), Вашингтонского университета, Университета Дьюка (США), Университета Мадрида (Испания) и многих других. Отдельно можно отметить лекцию старшего редактора журнала Nature Neuroscience Review Шиан Льюис (Sian Lewis) о том, как подготовить хороший обзор. Предусмотрено на конференции и две постерные секции.

Выступление Шиан Льюис

Культурная программа конференции-круиза не менее насыщенна, чем научная. За время поездки участники посетят Валаамский архипелаг на Ладожском озере, остров-музей Кижи на Онежском озере, знаменитый Кирило-Белозёрский монастырь, город Вытегру с музеем подводной лодки Б-440, Ярославль, Ростов Великий, старинный русский город Городец, ведущий свою историю с 1152 года, и, конечно же, сам Нижний Новгород с посещением лабораторий НИИ нейронаук.

Как известно, в спорах рождается истина. Либо несколько неправильных умозаключений, сложившись, создают единственно верную картину. Однако, для этого необходимо лишь личное взаимодействие. Поэтому такие мероприятия, объединяющие ведущих экспертов в своих областях, не только несут огромную пользу мировой науке, но и поднимают авторитет российских учёных в глазах мирового научного сообщества.

Команда портала стала информационным партнёром конференции, поэтому в скором будущем здесь будут появляться интервью с крупнейшими исследователями из области нейронаук, беседы с молодыми учёными и видео докладов, среди которых будет и многие доклады нейронаучной школы (к сожалению, организовать запись всех докладов оказалось технически невозможным).

Организаторы надеются на то, что их пионерский  опыт окажется успешным и конференция станет регулярной.

Следите за новостями!

Анна Хоружая 

]]> Wed, 27 Jul 2016 15:41:44 +0100 Как устроен мозг: височные доли https://neurotechnologies.ru/articles/temporal_lobe

В прошлом материале нашего цикла  мы писали о лобных долях, а сейчас пришло время рассказать об отделах, расположенном немного ниже, за ушами, примерно там, где проходит дужка от очков  височных долях.

 

Кстати, это очень показательно, потому что одна из важнейших функций этой области  переработка зрительной информации, именно здесь находятся несколько зрительных центров. Например, нижняя височная извилина (gyrus temporalis inferior) принимает участие в распознавании лиц. Именно через височную долю проходит петля Майера, часть волокон так называемой зрительной лучистости, так что повреждение этой доли может лишить человека верхней части поля зрения.

Повреждение полей зрения при повреждении петли Майера в левой височной доле

Как и многие другие области, височная доля «двоится», но функции распределяются в зависимости от доминантного полушария.

Височная доля доминантного полушария отвечает за:

  1. Понимание речи.
  2. Память средней длительности и долговременную память.
  3. Обучение на основе прослушивания информации.
  4. Обработка и понимание слуховой и частично зрительной информации. Т.е. тут соединяются потоки из того что мы видим и слышим. Тут мы осознаем, что предмет издает звук.
  5. Сложную память, связанную с синтезом чувств-осязанием, зрительными и слуховыми образами
  6. Эмоциональную стабильность. Фактически, она гармонизирует эмоции.

Височная доля недоминантного полушария ответственна за:

  1. Распознавание выражения лица и узнавание лица.
  2. Распознавание интонации речи.
  3. Распознавание ритма.
  4. Распознавание музыки.
  5. Визуальное обучение.

 

 

Левая височная доля

Что же будет, если в этих областях  проблемы: опухоль, инсульт, травма? Повреждения височной доли доминантного полушария приводит к более сильным проблемам:

При повреждениях доли недоминантного полушария страдает распознавание эмоциональности речи, понимание музыки, распознавание ритма, расшифровка мимики других людей.

А если вы не знали «откуда» берутся «экстрасенсорные способности», то опять же виноваты височные доли. А по - научному это называется: бессудорожные припадки:

Именно резко подступающие и отступающие чувства и переживания отличают эпилепсию от обычных человеческих эмоций.

В Университете Лаурентано в Садбери, Канада, доктор Майкл Персингер даже открыл лабораторию для изучения религиозных переживаний. Испытуемых просили надеть «шлем», в котором находились электромагниты, вызывающие эпизоды повышенной активности в височных долях. Доктор Персингер заметил, что спровоцированная активность в этой части мозга вызывала у испытуемых духовные и сверхъестественные переживания. Люди сообщали, что ощущали присутствие в комнате чего-то, что они называли Богом, ангелами или пришельцами, а также переживали опыт выхода из тела и приближения к смерти.

 

Согласно доктору Персингеру, чувство «я», за которое отвечает левополушарная часть височной коры, связано с соответствующим чувством «я» в правополушарной части височной коры. Когда два полушария рассогласовываются, возникает ощущение другого «я». Если наш эмоциональный мозг подвергать стимуляции, эти чувства усиливаются и возникают интенсивные духовные переживания.

В любом случае для того, чтобы височные доли оставались «здоровыми» им тоже нужна зарядка – музыка, танец, ритм. Движение под музыку и игра на музыкальных инструментах улучшает процессы гармонизации эмоционального фона за счет активации височной доли. Также полезно что-то декламировать по памяти, петь песни, воспроизводить ритмы и шумы собственным голосом.

 

Анастасия Шешукова

 

 

]]> Sat, 23 Jul 2016 18:15:04 +0100 Нервные клетки не восстанавливаются? https://neurotechnologies.ru/articles/neuronew1

Долгое время учёные представляли себе мозг млекопитающих довольно статичным органом: считалось, что если что-то и случалось с нейронами, так это их дегенерация, но никак не образование и рост новых. Отсюда и фраза “не нервничайте, нервные клетки не восстанавливаются”. На самом деле это не совсем так: сами нейроны действительно не делятся, но могут вновь образовываться из клеток-предшественников.

 

Почему нейроны не делятся?

Удивительно, что ещё в недалёкие 1980-е годы многое из процессов становления нервной системы оставалось скрытым за завесой тайны. Как обычно происходит в исследовании биологии развития, первые “новости” пришли от беспозвоночных. Проследив эмбриогенез мухи дрозофилы, учёные обнаружили, что нервная система развивается по таким же фундаментальным принципам, как, например, и кровеносная: рост начинается со стволовых клеток и идёт в сторону их специализации.

Стволовые клетки обладают неограниченной способностью к самовоспроизведению, при их делении могут возникать как такие же стволовые клетки, так и более специализированные (нейробласты в случае с нервной системой). Таким образом, процесс развития нервной системы можно рассматривать как все большее и большее усложнение функций с течением времени – от нейронных стволовых клеток через нейробласты к нейронам. В то же время за всё приходится платить: специализация клеток повышается, но при этом потенциал клетки уменьшается. Например, нейробласты больше похожи по свойствам на нейроны, чем нейронные стволовые клетки, но при делении они могут дать потомство всё меньшему количеству разных типов клеток. Нейроны, приобретая способность формировать сложные нейронные сети, полностью утрачивают способность делится.

 

Интересно, что утрата возможности делиться происходит не за счёт изменений в ДНК  геном нейрональных стволовых клеток и нейронов (как, впрочем, и других клеток организма) одинаков. Напротив, когда нейрон растёт, то происходят эпигенетические изменения (в широком смысле – меняются механизмы экспрессии генов, которые не затрагивают перестройку ДНК). Как и какие именно метаморфозы происходят, а также каким обрзом они передаются   одни из ключевых вопросов, на которые пока нет ответа.

Ядерные испытания на пользу неврологии

Раз сами нейроны не могут делится, то для их восстановления нужны ниши нейронных стволовых клеток и нейробластов, которые как раз и дадут начало нейронам в процессе под названием “нейрогенез”. Активный нейрогенез у человека происходит на стадии эмбриона и в короткий период после рождения (поэтому для нормального развития так критично, чтобы младенец не подвергался стрессам в этот период).

Первые сведения о том, что во взрослом мозге могут образовываться новые нейроны, появились ещё в 1960-х годах, но их воспринимали с изрядной долей скепсиса. По понятным причинам исследования велись в основном на грызунах, и возникал вопрос: можно ли перенести результаты исследования на человека? Дело в том, что развитие мозга мыши занимает 7 дней, тогда как мозга человека (в тысячу раз большего чем мозг мыши)  9 месяцев. В 1998 году получено первое прямое доказательство того, что да: нейроны образуются и во взрослом мозге человека.

Следующий логичный вопрос: насколько активно идёт образование нейронов у взрослого человека? Объединение двух факторов позволило ответить на этот вопрос. Радиоизотопный метод датирования, который обычно используется в археологии и палеонтологии, позволил определять возраст клеток внутри одного человека из-за резких колебаний атмосферного уровня радиоактивных изотопов в XX веке. Второй фактор  это добрая воля людей, разрешивших использовать свой мозг после смерти.

Как же работает этот метод? Активное наземное тестирование ядерного вооружения в 1955-1963 годах привело к тому, что уровень радиоактивного изотопа углерода С14 в атмосфере резко повысился. К слову, содержание этого изотопа в атмосфере такое же, как и в теле человека: углерод реагирует с кислородом, образуя углекислый газ СО2, который, в свою очередь, поглощается растениями в процессе фотосинтеза. При потреблении в пищу растений (или животных, которые питались растениями), человек в том числе поглощает изотоп углерода С14. При делении клетки этот углерод С14 включается в состав ДНК, таким образом составляя «точку отсчёта» для определения возраста клетки.

 

В 1963 году подписали договор об ограничении испытаний ядерного оружия, запрещающий наземные ядерные испытания. В окружающей среде уровень изотопа углерода С14 уменьшился: частично из-за его диффузии в атмосферу, частично из-за поглощения средой. Соответственно, новые клетки, которые образовались в организме после 1963 года, имели в составе ДНК меньшее количества радиоактивного изотопа С14. Зная период полураспада С14 и сравнивая содержания С14 в ДНК клеток мозга, можно определить, в каком году образовалась новая клетка. Точность метода  - +/-1,5 года. Математическое моделирование на основании 55 образцов тканей мозга установило, что в зубчатой извилине гиппокампа взрослого человека ежегодно появляется больше 700 новых нейронов, то есть в год обновляется 1,75 процентов всех нейронов гиппокампа, а за всю жизнь  около 80 процентов.

Что дальше?

Образование новых нейронов  у млекопитающих идёт в определённых зонах (нишах стволовых клеток)  субвентрикулярных зонах боковых желудочков головного мозга и в зубчатой извилине гиппокампа. Но деление нейробластов  это только первый этап превращения клетки в зрелый нейрон. Следующий этап  перемещение новых клеток к местам их постоянной локации. Уже на новом месте происходит их дифференциация и интегрирование в нейронные сети.  Для того, чтобы встроиться в уже существующую нейронную сеть, новорождённому нейрону необходимо два месяца. У взрослых этот процесс образования связей происходит дольше, чем в эмбриональном мозге, хотя морфологически новые нейроны, которые образуются в мозге эмбриона и во взрослом мозге, не отличаются.

Дегенерация нейронов  причина многих заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и синдром Паркинсона. Зная, что в организме есть нейрональные стволовые клетки, учёные могут стимулировать их деление факторами роста. Другой вариант  это введение новых нейрональных стволовых клеток. В 2006 году японские биологи Казутоши Такахаши и Синья Яманака смогли репрограммировать соматические клетки в стволовые. Хотя клинические испытания ещё не принесли убедительных результатов и далеко не всё понятно в этапах развития нейронов, всё же трудно переоценить значение нейрональных стволовых клеток для будущего лечения нейродегенеративных заболеваний и преодоления старения.

Braun S., Jessberger S. (2014). Adult neurogenesis: mechanisms and functional significance. Development 141(10):1983-6.

Gage FH, Temple S. (2013). Neural stem cells: generating and regenerating the brain. Neuron 80(3):588-601.

Spalding KL, Bergmann O, Alkass K, Bernard S, Salehpour M, Huttner HB, Boström E, Westerlund I, Vial C, Buchholz BA, Possnert G, Mash DC, Druid H, Frisén J. (2013). Dynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans. Cell 153(6):1219-27.

]]> Fri, 22 Jul 2016 16:11:22 +0100 Нейромолекулы: кокаин https://neurotechnologies.ru/articles/cocaine
Шерлок Холмс взял с камина пузырек и вынул из аккуратного сафьянового несессера шприц для подкожных инъекций. Нервными длинными белыми пальцами он закрепил в шприце иглу и завернул манжет левого рукава.  Некоторое время, но недолго, он задумчиво смотрел на свою мускулистую руку, испещренную бесчисленными точками прошлых инъекций. Потом вонзил острие и откинулся на спинку плюшевого кресла, глубоко и удовлетворенно вздохнул.
 
Артур Конан Дойл «Знак четырёх»
 

 

 

Эффективный стимулятор и богемный наркотик, символ эпохи декаданса и проклятие нескольких поколений. Человечеству известно немного веществ, способных сравниться по своему влиянию на культуру с кокаином. Вряд ли существует другой наркотик со столь долгой историей.

 

 

Кокаин  алкалоид растения Erythroxylum coca, больше известного как кокаиновый куст. Как и табак, кокаиновый куст происходит из Южной Америки.  В листьях коки кокаин «работает» инсектицидом, не давая вредителям их поедать. Тысячелетиями листья коки использовались индейцами в качестве тонизирующего средства. Они становились непременными участниками парадных церемоний, религиозных ритуалов и даже хирургических операций. Связки листьев коки находили в Перу на мумиях возрастом 2000 лет.

Erythroxylum coca

 

Завоевав империю инков, испанцы первыми из европейцев познакомились с этим древним наркотиком. Конкистадоры не разделили страсти инков к коке, но, быстро осознав, насколько большое влияние он имеет на людей, взяли его производство под полный контроль, щедро снабжая «эликсиром» индейцев-невольников на серебряных рудниках.

Лекарство, покорившее мир

Первым экстракт кокаина выделил и описал его свойства немецкий химик Фридрих Гедке в 1855 году, назвав полученное вещество эритроксилином (кстати, работа Гедке доступна онлайн). Своё привычное название вещество «заработало» лишь несколько лет спустя. В 1859 году другой немец, Альберт Ниеманн, аспирант великого Фридриха Вёлера, получил кокаин из листьев коки и дал ему нынешнее название. Интересный факт: Ниеманна можно считать отцом сразу двух смертоносных веществ. Экспериментируя с этиленом и диоксидом серы он получил бис-(2-хлорэтил)-сульфид. А попросту, иприт — химическое оружие. 

 

Структурная формула кокаина

При попадании на слизистые оболочки кокаин вызывал стойкое онемение, что быстро оценили хирурги, начав применять его в качестве местного анестетика. А в 1863 году прочитав отчёты об экспериментах с жеванием листьев коки, предприимчивый французский учёный Анджело Мариани (Angelo Mariani) организует производство вина с экстрактом листьев коки. Вино Мариани завоёвывает бешеную популярность, получая самые восторженные отзывы, в том числе и от королевы Виктории. Не остался в стороне и римский папа Лев XIII. Фляжка с кокаиновым вином становится постоянным спутником понтифика, а его портрет украшает рекламу напитка.

В 1886 году провинциальный американский аптекарь Джон Пембертон начинает продавать напиток, содержащий три части листьев коки и одну часть богатых кофеином орехов кола, от «расстройств нервной системы». Совсем скоро его изобретение станет известно миру как Кока-Кола.

Реклама кока-колы

 

Горячим сторонником кокаина стал Зигмунд Фрейд, ученик великого Жана-Мартена Шарко. В 1884 году будущий отец психоанализа опубликовал целую статью, в которой страстно доказывал полезность и абсолютную безопасность применения кокаина в медицине. Фрейд настойчиво рекомендовал кокаин всем своим пациентам и даже жене.  Искренняя уверенность в пользе наркотика обернулась для него многолетней зависимостью. Его статья сыграла не последнюю роль в повальном распространении кокаиновой зависимости в среде интеллигенции и богемы на рубеже веков. В тоже время Фрейд стал одним из вдохновителей использования кокаина в офтальмологии в качестве местной анестезии.

Кокаиновые капли для детей. На рынке с 1885 года.

 

Осознание опасности кокаина пришло лишь в начале XX века. В 1906 году кокаин исключается из состава Кока-Колы, а в 1922 он окончательно объявлен вне закона на территории США.

Дофаминовое пристрастие

В чём же секрет действия кокаина? Эйфория, которая возникает от введённой в организм дозы наркотика, связана с нарушенным обменом дофамина в мозге. Дофамин  важнейший медиатор, молекула-передатчик информации.

Для передачи нервного импульса молекулы медиатора выбрасываются в синапсе  месте контакта двух нервных клеток. Одна клетка выбрасывает медиатор, на мембране же второй клетки «сидят» белки-рецепторы. Их функция  уловить медиатор и заставить клетку отреагировать на его появление. Как только реакция прошла, медиатор в синаптической щели (между клетками) оперативно расщепляется, либо захватывается обратно в клетку. Иначе передача сигнала будет непрерывной. Попадая в мозг, кокаин блокирует дофаминовый транспортер.

Формула дофамина

 

Кокаин действует весьма коварно: обратный захват дофамина прекращается, и он накапливается в синаптической щели, вновь и вновь активируя рецепторы клетки-адресата. При этом важно, что работает дофамин в областях мозга, ответственных за контроль над активностью поведения и выработку положительных эмоций. К этим областям, например, относится чёрная субстанция среднего мозга  главный центр управления физической активностью, и задний гипоталамус, где находится центр удовольствия.

 

 

Молекула дофамина

 

В результате потребитель белого порошка получает небывалый прилив сил и энергии, чувствуя при этом абсолютную удовлетворённость собой. Но из-за блокировки обратного захвата запасы дофамина в нервном окончании истощаются, нарушается его обмен. Кроме того, приспосабливаясь к изменению уровня дофамина, клетка-адресат меняет количество рецепторов на своей поверхности. Теперь им перестаёт хватать только лишь того дофамина, который вырабатывается мозгом без кокаиновой дозы. Нормальные позитивные чувства в виде эмоционального подъёма, увлечённости и самоудовлетворения становятся недоступными кокаиновому наркоману. Так же, но в меньшей степени, кокаин снижает обратный захват серотонина и норадреналина.

Любопытно, что громкая популярность кокаинового вина тоже имеет научные предпосылки. Под действием алкоголя кокаин в печени превращается в этилкокаин, который распадается в два раза медленнее, чем обычно.

Местный анестезирующий эффект кокаина связан с его действием на потенциал-зависимые ионные каналы. Связываясь с ними, кокаин блокирует их функции, не пропуская нервный импульс и вызывая потерю чувствительности в месте приложения.

Вне закона

Несмотря на то, что в 1963 году кокаин по решению ООН внесли в международный список запрещённых веществ, его «популярность» практически не иссякла. Вопреки всем стараниям спецслужб и увещеваниям врачей, этот белый порошок, как и сто лет назад, остаётся всё таким же объектом страстных человеческих желаний и губит сотни тысяч людей, а незаконный оборот наркотиков составляет более трёх триллионов долларов за последнюю дюжину лет.

Дмитрий Лебедев, аспирант аборатории лиганд-рецепторных взаимодействий Института биоорганической химии РАН

]]> Thu, 21 Jul 2016 08:58:10 +0100 10 фактов о клетках, помогающих нам ходить https://neurotechnologies.ru/articles/10purkine

Обычно мы посвящали нашу рубрику «10 фактов» людям, методам исследований, заболеваниям, самому мозгу, тканям… Сегодня мы попытались собрать 10 фактов о конкретном типе нервных клеток, которые «обитают» только в мозжечке и отвечают за нашу координацию движений  о клетках Пуркинье.

 

 

1. Сам первооткрыватель этих клеток  Ян Эвангелиста Пуркинье  великий чех, заложивший помимо нейроанатомии ещё и основы кинематографа и дактилоскопии. Интересно, что слова «клетки» он не употреблял. Он называл новооткрытые клетки ганглиозными тельцами, а вместо термина «клетка» говорил «шарики» или «зёрнышки».

Ян Эвангелиста Пуркинье

2. На хрестоматийном рисунке клеток Пуркинье, сделанном великим основателем современной неврологии Сантьяго Рамон-и-Кахалем, они зарисованы с препарата мозгового вещества голубя. Ещё факт: окрашены они на этом рисунке по методу заклятого соперника  Кахаля  Камилло Гольджи. Собственно, этот метод популяризировал именно Кахаль. И да, на рисунке не только клетки Пуркинье. Там ещё и гранулярные клетки (помечены литерой В)  очень мелкие нейроны, которые можно встретить не только в мозжечке, но и в зубчатой извилине гиппокампа, например.

 

3. Когда вы идёте домой, пошатываясь, из бара, знайте: алкоголь добрался до ваших клеток Пуркинье, которые и отвечают за координацию движения. Даже малые дозы алкоголя уже влияют на работу ваших клеток.

4. Клетки Пуркинье «вызревают» у человека только к восьми годам. Именно поэтому маленькие дети ходят так неуклюже.

5. В мозжечке всего около 26 миллионов клеток Пуркинье. Но это  в среднем. Самые зрелые клетки Пуркинье  у гимнастов, артистов  балета и фигуристов. Тренировки помогают клеткам созреть.

6. Клетки Пуркинье богаты так называемым «белком клеток Пуркинье»  PCP4, играющим важную роль в синаптической пластичности. Нокаут гена PCP4 в мышах приводит к нарушениям опорно-двигательного аппарата.

7. Вопрос о происхождении клеток Пуркинье в организме пока что остаётся открытым, однако существуют доказательства в пользу общего «стволового» предка у клеток Пуркинье, B-лимфоцитов и альдостерон-продуцирующих клеток надпочечников.

В-лимфоцит

 

8. Нейромедиатор, которым «пользуются» клетки Пуркинье  гамма-аминомасляная кислота. Так что они относятся к классу ГАМК-эргических нейронов.

 

Молекула ГАМК

9. Одна из самых известных болезней, поражающих клетки Пуркинье  болезнь Унферриха-Лунборга (семейная миоклония), приводящая к регулярным судорогам и эпилептиморфным припадкам.

10. Ещё одно «именное» заболевание, приводящие к прогрессирующей гибели клеток Пуркинье  это болезнь Ниманна-Пика.  И болезнь Унферриха-Лунборга, и болезнь Ниманна-Пика  наследственные, и лечатся с большим трудом.

 

 

 

 

]]> Sat, 16 Jul 2016 19:30:16 +0100 Ханс Бергер: антисемит-повелитель «музыки» мозга https://neurotechnologies.ru/articles/berger

Словосочетание «отец чего-то»  всегда упрощение. Вот, скажем, взять «отца ЭКГ»  Виллема Эйнтховена. Он же не первый получил электрокардиограмму  первым записал сердечный ритм своего бульдога Огастес  Уоллер.  Но Эйнтховен отработал метод и ввёл его в клиническую практику. Та же самая история и с электроэнцефалографией.

Сам факт электрической активности мозга зафиксировал ещё в далёком 1875 году Ричард Катон. Мало кто знает, что уже 9 лет спустя электрическую активность мозга при помощи… телефона изучал наш великий соотечественник Николай Введенский (он буквально слушал в телефон помехи, создаваемые электрической активностью мозга). Но это, конечно, ещё не было электроэнцефалографией, поскольку слово состоит из трёх корней: «электро» + «мозг»+ «пишу». Активность мозга нужно было ещё записать.

Первый шаг к этому сделал первый «отец  ЭЭГ», киевлянин с частично казанским образованием, Владимир Правдич-Неминский, который в 1912 году с использованием того самого гальванометра, который сконструировал для ЭКГ Виллем Эйнтховен, получил электроцереброграмму. Собаки. Чувствуете разницу?  Правдич-Неминский записал активность, снятую напрямую с мозга. И не человека.

Владимир Правдич-Неминский

 

Оставалось сделать ещё два шага: снять активность мозга напрямую с черепа и сделать это на человеке. Оба этих шага совершил через полтора десятка лет после Правдич-Неминского немец Ханс Бергер  очень непростой человек с очень трагической судьбой.

Нейронное электричество

Бергер родился в городке Нойзес, сейчас ставший частью более крупного города Кобурга  21 мая 1873 года. Сын врача, он тоже пошёл по медицинской линии.  Впрочем, сначала он попытался учиться астрономии в Университете Йены, но понял, что это – не его, и перевёлся на медицинский факультет.

Отто Бинсвангер

Бергер стал учеником (а потом и ассистентом  с 1897 года) известного физиолога Отто Людвига Бинсвангера, открывшего мультиинфарктную деменцию (болезнь Бинсвангера). Именно Бинсвангер и его ассистенты  Оскар Фогт и Корбиниан Бродманн (да-да, поля Бродманна  его след в медицине и анатомии)  повлияли на то, чтобы Бергер занялся изучением мозга и локализацией его функций.

 

Корбиниан Бродманн

Какое-то время Бергер пытался нащупать связь между деятельностью мозга и психическими функциями, измеряя мозговую пульсацию через дыру в черепе. Но разочаровался в экспериментах.

Нужно сказать, что в Хансе Бергере сочетались четкий материализм и вера в парапсихологические явления. И главная его цель состояла в том, чтобы найти физические основы паранормального. Особенно интересовала Бергера телепатия. И именно интерес к телепатии привёл нашего героя к изучению электрической активности мозга.

Уже в 1902 году он пытается измерить электрическую активность открытого мозга капиллярным электромером Липпмана. Потом  гальванометром Эдельмана. Но восемь лет работ – и всё тщетно.  

Бергер не отчаивается и изучает работы Катона, поляка Адольфа Бека и Правдич-Неминского. И решает работать до тех пор, пока не получится. При этом, надо сказать, Бергер никому и ничего не говорил. Он патологически боялся конкурентов, и становился всё более нелюдимым и замкнутым.

Исследователь экспериментировал в свободное от работы время, подкалывая испытуемым электроды под кожу. С одним пациентом начало получаться  но у него оказалась дыра в черепе, заросшая.

Дыра в голове на пользу науке

Бергер сконструировал собственный прибор  и, благодаря его скрупулёзности, мы знаем, когда родилась электроэнцефалография. 6 июля 1924 года записана первая ЭЭГ человека.

Одна из первых ЭЭГ в истории

 

Бергер для записи ЭЭГ с поверхности скальпа применял свинцовые, цинковые и платиновые электроды, а в качестве референта использовалась серебряная ложечка, помещённая в рот пациента. Посредством подключения к осциллографу, Бергер получал визуальное изображение биоэлектрической активности на мониторе.

Бергер сделал 73 записи ЭЭГ  своего пятнадцатилетнего сына Клауса. Первая выявленная им частота мозговых электрических колебаний лежала в диапазоне 10 Гц и варьировала от 8 в 12 Гц. Сейчас они называются альфа-ритмами. Открыл Бергер и бета-ритмы. Параллельно, как честный учёный, он был вынужден признать, что никакой телепатии ему зафиксировать не удалось.

Пять лет проверок  и в 1929 году Бергер обнародовал новый метод. И что вы думаете? Его сразу признали, начался фурор, и через пару лет  Нобелевская премия? Ничего подобного. Впрочем, справедливости ради, нужно сказать, что на «Нобеля» его номинировали.      И первым это сделал человек, который всё-таки принёс Бергеру известность. Сэр Дуглас Эдриан. В 1940 году. И тут, пожалуй, нужно сказать, что то, что в 1940-1942 годах премия не присуждалась по причине войны (хотя номинации были)  это хорошо. А почему  мы расскажем чуть ниже.

 

Эдгар Дуглас Эдриан

 

Пока же надо сказать, что Эдриан, ставший уже в 1932 году нобелевским лауреатом, заинтересовался работами Бергера, полностью их перепроверил и использовал весь свой авторитет для того, чтобы и метод, и сам Бергер получили признание.

В 1937 Бергера пригласили принять участие в симпозиуме по биоэлектрической активности головного мозга на конгрессе психологов в Париже. Бергер был избран председателем конгресса вместе с Эдрианом. Его приняли с большим почётом, как настоящую научную рок-звезду. Известно даже то, что Бергер со слезами на глазах воскликнул: «У себя в Германии я не столь знаменит».

От науки до ненависти  один шаг

Увы, не всегда мы можем говорить одинаково хорошо о научных достижениях учёного и о самом учёном, как о человеке. Уже во время работы над ЭЭГ Бергер слыл не самой приятной личностью. Однако совсем неприглядными выглядят в свете ставших известными в XXI веке документов последние годы жизни Бергера. Его дневник, как оказалось, пестрил антисемитскими высказываниями, а сам Бергер работал некоторое время экспертом в так называемом Erbgesundheitsgericht, нацистском «Суде генетического здоровья», приговорившем 400000 «генетически неполноценных» к стерилизации. Более того, Бергер был членом СС, и когда в 1941 году известный адепт расовой гигиены Карл Астель пригласил Бергера снова поработать в генетическом суде, тот ответил: «Я с радостью готов снова работать в качестве эксперта в «Суде генетического здоровья» в Йене, за что благодарю вас».

Однако  не суждено. Бергер давно страдал серьёзной депрессией, к которой прибавилось измучившее его кожное заболевание, и 1 июня 1941 года он пришёл на работу и повесился в южном крыле своей клиники. 

И финальный штрих к истории первой в мире ЭЭГ. Как мы помним, первые принципы ЭЭГ были изучены, и сама первая ЭЭГ сняты на сыне Бергера  Клаусе. В 1939 году он был подающим надежды геологом, но пошёл в нацистскую армию. Был награждён за польскую кампанию и… сложил голову под Ленинградом 26 ноября 1941 года.

Вместо послесловия

Как мы уже писали, Бергер не получил Нобелевскую премию, но номинировался на неё. Шесть раз. Трижды  посмертно, хотя статус премии запрещает посмертное присуждение. Последний раз Бергера номинировали в 1950 году. Видимо, Вторая Мировая настолько смешала все карты, что европейские коллеги просто не знали, что создатель ЭЭГ уже завершил свои счёты с жизнью.

Конечно, Бергером, Правдичем-Неминским, Эдриеном и Катоном  пионерская история ЭЭГ не заканчивается. Можно рассказать и об Адольфе Беке, и об Эрнсте фон Марксове, и о харьковчанине Василии Данилевском, и о Николае Введенском. Мы обязательно сделаем это  в свой срок. История нейронаук обширна, и поэтому мы постараемся отныне каждый четверг, как минимум, радовать вас новой страничкой из этой огромной книги.

Алексей Паевский

]]> Thu, 14 Jul 2016 19:24:36 +0100 Нейромолекулы: анандамид - ключ к счастью бегуна https://neurotechnologies.ru/articles/anandamide

Наверное, каждый, кто пробегал больше пяти километров или кто профессионально занимается лёгкой атлетикой, хотя бы раз ощущал невероятные, сродни эйфории, эмоции ближе к концу дистанции и, тем более, на финише. Вместе с общей усталостью и желанием развалиться на близлежащем газоне вас охватывает невероятное чувство то ли радости, то ли гордости собой, то ли любви ко всему миру. Такое чувство возникает благодаря анандамиду. Именно о нём пойдёт речь в новом выпуске нашего совместного с Институтом биоорганической химии РАН проекте «Нейромолекулы».

 

Иллюстрация Stockvault.net

Анандамид  эндогенный каннабиноид. Эта симпатичная молекула активно вырабатывается в организме во время длительного бега, а её название (а точнее  слово «ананда»  взято из санскрита и переводится как «блаженство» или «идеальное счастье» (санскр. आनंद). «Эйфория бегуна»  хоть и исключительно субъективное понятие, является отнюдь не жаргонизмом спортсменов, а научным термином, который описывает состояние бегунов на длинные дистанции как неожиданное и приятное чувство радости и эйфории, расслабления, ухода тревожности и болевых ощущений.

Поскольку все наши эмоции и ощущения есть не что иное, как результат различных биохимических процессов в организме, то и это состояние имеет вполне определённую биохимическую «подоплёку». Давайте попробуем в этом разобраться.

Счастье амёбы

На протяжении десятилетий полагалось, что такое состояние опосредуют эндогенные (формирующиеся внутри организма) эндорфины, вырабатывающиеся во время бега, хотя и до конца не понимали все сопутствующие нейробиологические механизмы. Эндорфины часто называют «гормонами счастья». Это не совсем так, поскольку формально они всё же не гормоны, а нейромодуляторы. Большое количество эндорфинов может привести человека в состояние эйфории, отсюда и название.

По действию эндорфины сходны с опиатами  наркотическими производными опиума и опиоидами  препаратами, оказывающими схожий с опиумом эффект на организм. Весьма занятен тот факт, что эндорфины могут вырабатывать и одноклеточные организмы (например, инфузория Tetrahymena pyriformis и амёба Amoeba proteus). А что, амёба тоже имеет право быть счастливой!

Выработка эндорфинов осуществляется в ответ на стресс (длительный бег тоже в своём роде стресс) в качестве естественной защитной реакции организма, вызывая обезболивающий эффект при связывании с опиоидными рецепторами – теми самыми, на которые воздействуют морфиноподобные наркотики.

Эйфория: есть или нет?

Со временем «эндорфиновая гипотеза», как единственная отвечающая за эйфорию бегуна, претерпела серьёзную критику со стороны  исследователей из-за ряда нестыковок. Так, например,  подвергались сомнению результаты, иммуноферментным анализом определяющие концентрации эндорфина. Поскольку структура эндорфина очень похожа на некоторые другие нейромолекулы, например, на адренокортикотропный гормон (который также повышается во время стресса), антитела для анализа могли находить и связываться не с теми антигенами и веществами, которые нужны.

Да и с физиологической точки зрения оказалось не всё гладко. β-эндорфины лучше всего связываются с μ-опиоидными рецепторами эндогенной опиоидной системы, которая опосредует те самые ощущения эйфории и обезболивания. При этом незначительная активация той же эндогенной опиоидной системы также приводит к дыхательной недостаточности, подавлению моторики желудочно-кишечного тракта и некоторым другим эффектам, которых у счастливых бегунов явно не наблюдалось.

Постепенно исследователи пришли к выводу, что во время длительных физических упражнений тоже активируется эндоканнабиноидная система. В частности, не так давно группа немецких учёных под руководством Петера Гасса показала, что во время занятий бегом в крови повышается уровень как β-эндорфина (опиода), так и анандамида (эндоканнабиноида).

Анандамид

Каннабиноиды в природе встречаются в растениях семейства коноплёвых и представляют собой действующие вещества гашиша и марихуаны. Такие каннабиноиды называются фитоканнабиноидами. При этом наш организм способен сам синтезировать ряд веществ, очень похожих на них как по структуре, так и по функциям. Они называются эндогенными каннабиноидами или эндоканнабиноидами и выступают в качестве нейромедиаторов, регулируя большое количество жизненно важных биохимических процессов в центральной нервной системе.

О чём говорят мышиные бега?

Чтобы подтвердить свою гипотезу о каннабиноидном счастье, учёные не стали подвергать стрессовым воздействиям бегунов после соревнований, а провели исследования на своих излюбленных объектах  лабораторных мышах.  В целом мыши в тестовой группе пробегали в колесе почти 7 км в течение нескольких дней, после чего подвергались ряду биохимических и поведенческих тестов.

Мыши-бегуны и боль меньше чувствовали, и стрессу меньше подвергались, а также на следующие дни становились ленивее и бегали гораздо меньше своих контрольных сородичей, что свидетельствовало о расслаблении  одной из характерных черт эйфории бегуна. Единственное, что осталось неподвластно исследователям  понять, счастлива ли мышь после бега или нет.

Что касается биохимических тестов, то действительно, уровни целого ряда эндогенных каннабиноидов (анандамида, 2-арахидоноглицерина, пальмитилэтаноламида, олеилэтаноламида, а также арахидоновой кислоты) в плазме крови мышей-бегунов значительно увеличивались по сравнению с контрольными группами.

При этом если «заблокировать» действие рецепторов, с которыми связываются эндоканнабиноиды, не давая им проявлять своё биологическое действие, то чувствительность животных к стрессу и боли становилась прежней  как до физических упражнений, то есть именно каннабиноидные рецепторы опосредовали  уход тревожности и болевых ощущений после длительного бега.

Зависим ли ты от бега?

На вопросы, почему так сложилось эволюционно и человек получает удовольствие от бега, наверное, можно ответить так: на заре развития человечества чем активнее вёл себя индивид, тем больше шансов у него оставалось на выживание, и беговая эйфория представлялась исключительно полезным эволюционным навыком. Ведь действительно доказали, что мыши, дефицитные по CB-1 рецепторам (каннабиноидным рецепторам первого типа) на ГАМК-ергических нейронах проявляют гораздо меньшую беговую активность и более пассивны, вероятно от того, что они не получают удовольствия от бега и быстро теряют к нему интерес. А такое поведение вряд ли будет ключом к успеху, когда вокруг бегает куча хищников, для которых ты  еда, да и когда тебе самому надо бегать за едой.

Так что же получается: если в организме во время бега активно вырабатываются каннабиноиды, которые можно назвать «внутренними наркотиками», то от регулярных занятий спортом возникает зависимость?

Основываясь на своём личном опыте, могу сказать точно: если начал регулярно заниматься бегом, то остановиться уже не получится, затягивает. Но, на мой взгляд, это самый полезный вид зависимости для организма и основан он лишь на хорошем настроении и бодром состоянии после тренировки. А если говорить с биохимической точки зрения, то формально зависимость от эндогенных нейромодуляторов ещё широко не изучали и не доказали, открывая широкое поле для деятельности молодым исследователям.

Конечно же, занятие бегом радует не только благодаря вышеописанному феномену. Это ещё и отличный способ отвлечься от работы, расслабиться и улучшить физическую форму.

Занимайтесь бегом! Он не только оздоравливает, но ещё и действительно радует!

Виктория Шипунова, аспирант Лаборатории молекулярной иммунологии Института биоорганической химии РАН

]]> Wed, 13 Jul 2016 17:23:46 +0100 Зеркало души: о зрении и его восстановлении https://neurotechnologies.ru/articles/eyerecovery

Зрение, безусловно — основной источник информации об окружающем мире. В нормальном зрительном восприятии задействован целый ряд систем. В общем виде это можно представить следующим образом: свет, попадая на сетчатку, трансформируется в электрические импульсы, затем зрительный нерв передаёт эти импульсы в другие отделы ЦНС.

 

Дорога к картине мира

Учёные различают два пути передачи информации в кору головного мозга, так называемые старый и новый. Старый путь, проходя через «подушку» таламуса, позволяет ориентироваться среди различных объектов и отмечать их местонахождение.

Новый путь, хорошо развитый у приматов и людей в частности, делает возможным анализ сложных зрительных сцен. Этот поток идёт через латеральное коленчатое ядро к зрительной коре, а затем расщепляется на 2 потока: «как» и «что». Интересно, что поток «как» рассматривает отношения между объектами в пространстве, а поток «что» отмечает взаимоотношения признаков внутри конкретного предмета. Путь «что», при участии области Вернике и нижней теменной доли, проводит семантический анализ информации, вызывая в памяти ассоциации относительно объекта.

Но зрительное восприятие не ограничивается только осознаванием того, где и какие объекты расположены. Человеку свойственна ещё и эмоциональная обработка информации. Этот путь, третий, игнорирует ассоциации, передавая сигналы непосредственно к миндалевидному телу, которое позволяет оценить эмоциональную значимость информации.

Анатомически зрительный путь не менее сложен. Зрительный нерв, по сути  это не периферический нерв, а участок ЦНС, вынесенный на периферию. Волокна зрительного нерва в области средней мозговой ямки формируют частичный перекрёст-хиазму, от которой волокна продолжаются уже в составе зрительных трактов.

Расстройства и причины

Такое строение зрительного анализатора обуславливает множество разнообразных нарушений, возможных при повреждении того или иного отдела.

Это могут быть варианты выпадения определённых полей зрения: биназальная или битемпоральная гемианопсия  выпадение носовых или височных половин поля зрения, скотомы - выпадение участков зрения, туннельное зрение  отсутствие зрительного восприятия на периферии.

Некоторые из перечисленных вариантов могут наблюдаться и в норме: так, у каждого человека имеется физиологическая скотома, соответствующая месту выхода зрительного нерва и не отмечаемая сознательно. Мозг словно дорисовывает картину, не оставляя пробелов в поле зрения.

Существуют и более интересные нарушения, такие как агнозия. Термин «агнозия» ввёл Фрейд, он означает, что мозг больного как бы отрицает то, что он видит. Зрительные пути при таком расстройстве полностью сохранны, нарушена обработка поступающей информации. Рамачандран описывал пациента с «видящей слепотой» (blindsight), который видел окружающие предметы, мог скопировать рисунок, но не мог объяснить, что же он видит.

Часто встречается пространственная агнозия  игнорирование одной половины пространства. Больные могут пользоваться только одной рукой, съедать еду из одной половины тарелки, женщины наносят макияж только на одну половину лица.

Другие варианты нарушений тесно взаимосвязаны с распределениями функций в коре головного мозга. Например, при поражении средней височной области, распознающей движения, человек видит всё вокруг похожим на набор слайдов, словно быстро сменяющие друг друга фотографии. Нарушения в области веретёнообразной извилины приводят к агнозии на лица, либо к зрительным галлюцинациям в виде человеческих лиц.

Оливер Сакс описывал варианты нарушения стереоскопического зрения  мир представлялся пациентке совершенно плоским, двумерным. Это произошло в результате врождённого косоглазия, не прооперированного вовремя.

Чем раньше, тем лучше  как восстановить?

Хьюбел и Визел, Нобелевские лауреаты, установили, что развитие нормального, бинокулярного зрения, возможно только при условии получения раннего зрительного опыта. При врождённых дефектах, если они не были вовремя устранены, не происходит развития бинокулярных клеток зрительной коры, что неминуемо приводит к отсутствию, либо тяжелому нарушению бинокулярного, объёмного зрения.

В других исследованиях также отмечалось, что невозможно зрительное восстановление у слепых от рождения, так как связи, обеспечивающие зрение, не сформировались вовремя.

Сложность поражений зрительного аппарата неизбежно влечёт за собой и сложность восстановления функции. Исследование, недавно опубликованное в Nature Neuroscience, открывает новые горизонты в восстановлении зрительных нервов. Коллектив учёных из  Университета штата Юта, Гарвардского, Стэнфордского университетов и Калифорнийского университета в Сан-Диего получили интересные результаты эксперимента. Они травмировали зрительные нервы мышей пережатием. Контрольная группа не получала никакой терапии, вследствие чего спустя три недели у этих мышей отмечалась гибель клеток сетчатки.

Другой группе демонстрировали сменяющиеся черно-белые изображения, стимулирующие сетчатку, что вызвало незначительную регенерацию  нерва. Учёные отметили, что инъекция в глаз вирусного вектора, несущего ген, который несёт ответственность за продукцию белка сRheb1 (стимулирует  сигнальный путь мишени рапамицина у млекопитающих (mTOR), регулирующий клеточный рост), повышала эффективность восстановления.

Тщательный анализ показал, что комбинация этих методов ведёт к регенерации аксонов ганглионарных клеток сетчатки, причём, что наиболее примечательно, эта регенерация оказалась очень специфичной. Аксоны прорастали к правильным зрительным целям, как бы возвращаясь на привычные места, не возникало нарушения функции, как это часто бывает при восстановлении нерва.

Это исследование явно демонстрирует, насколько велик резерв восстановления нервной ткани, даже у взрослых особей.

                                   

Асват Валиева   

 

                                   

                          

                 

 

 

]]> Wed, 13 Jul 2016 14:11:55 +0100 Екатерина Малахова: из туристического менеджмента в нейробиологию https://neurotechnologies.ru/articles/malakhova

Мы продолжаем серию совместных с компанией FutureBiotech интервью с молодыми учёными. Сегодня у нас беседа с очень необычным человеком. Екатерина Малахова работает в двух сильных нейроцентрах мира  Институте физиологии им. И.П.Павлова в Санкт-Петербурге и RIKEN в Токио  и при этом не имеет базового нейробиологического образования. Тем не менее, Екатерина вполне успешна в науке, и сразу двое её научных руководителя не скупятся на лестные оценки своей аспирантке. Мы записали интервью на конференции   «Обработка сигналов изображения и звука в контексте нейротехнологий», организованной Институтом физиологии им. И.П. Павлова, РАН, Санкт-Петербугским государственным институтом кино и телевидения, ООО «Нейроиконика-Нейромеханика»и университетом ИТМО и при технической поддержке IEEE Russia Northwest BT/CE/COM Chapter.

 

 

Твой научный руководитель говорил, что у тебя не совсем биологическое образование. Или совсем не биологическое.

Это так. Мой специалитет — менеджмент в сфере туризма. Но уже  тогда я поняла, что туризм — это немного не моё и мне хочется заниматься IT. 

Ну, от IT до нейробиологии уже ближе, но всё-таки  как?

Поняв вышесказанное, я решила получить второе образование и пойти на когнитивные исследования, послушать лекции Татьяны Владимировны Черниговской. В то время меня уже привлекало направление обработки информации и я подумала, что было бы здорово понимать, как мозг обрабатывает информацию, чтобы переложить это в IT-технологии. Занялась программированием, и как-то на занятии Юрия Евгеньевича Шелепина, который читал у нас нейроиконику, он рассказал о своей идее: посмотреть, как изменяется цветовое восприятие мира в творчестве Есенина.

И пока он про это рассказывал, я написала небольшой скриптик, который из текстов Есенина «доставал» все упоминания цветов — и показала его своему, как оказалось, будущему научному руководителю сразу после занятия. Юрий Евгеньевич был очень впечатлён.

И как она меняется, кстати  цветовая гамма Есенина?

Она всё больше мрачнеет. Сначала она радужная, золотая, лазурная — а потом становится всё более тёмных тонов.

И что было дальше?

Некоторое время мы просто общались, я продолжала заниматься обработкой текстовой информации, и однажды Юрий Евгеньевич сказал, что в его лаборатории физиологии зрения Института Физиологии имени Павлова очень нужен человек, который бы работал с текстами.

Так я пошла к нему в лабораторию и стала заниматься обработкой текстов и процессом  восприятия текстовой информации человеком.

А потом ты оказалась в RIKENе…

Да, там мне очень обрадовались. Ведь лаборатория интегративных нейрональных систем института профессора Манабу Танифуджи не занимается людьми. Они изучают восприятие изображений, в первую очередь лиц, обезьянами. У них есть несколько исследований, результаты которых они хотели бы сопоставить с аналогичными исследованиями на людях.  И сейчас я занимаюсь тем, что «перевожу» дизайн экспериментов, которые подразумевают вживление электродов в мозг обезьян на эксперименты на людях с использованием «обычной» ЭЭГ.  В основном — это изучение реакции нижней височной коры мозга  обезьян на предъявляемые  образы (как я говорила — в основном, это лица).

 

Рабочий кабинет в лаборатории в  RIKEN

Сейчас у меня эксперимент с обезьянами, которым вживлёнными электродами предактивировали височную кору и вызывали как бы зрительные образы. Есть быть совсем точно, то их пытались заставить увидеть лица, активируя FFA — Fusiform Face Area (до сих пор нет устоявшегося русского перевода, развёрнуто — область распознавания лиц, расположенная на вентральной поверхности веретёнообразной извилины — Ред.)

Мне интересно узнать, возможно ли так же активировать FFA у людей посредством прайминг-эффекта (влияние предыдущего стимула на восприятие последующего — в данном случае, краткосрочное влияние, вызыванное предактивацией) у человека и будет ли аналогичный эффект.

Но на конференции ты представляла доклад, совсем не связанный ни с твоей работой в Питере, ни с твоей работой в Токио. О чём он?

Да, там был мой несколько отстранённый проект. Мне было интересно посмотреть работу свёрточных нейронных сетей для детекции текстов на изображении. Это ближе к тому, чем я занимаюсь в Институте физиологии. Но работа со свёрточными сетями — это поиск инструмента для того, чтобы выделить текст на изображении и потом его анализировать. Однако так получилось, что на конференции присуствовали оба моих научных руководителя — и Юрий Шелепин, и Манабу Танифуджи, и они сказали, что мой проект очень хорошо «связывает» обе мои лаборатории.

Доклад Манабу Танифуджи на конференции

 

Манабу докладывал о работе нейронных сетей в мозге по распознаванию лиц, и теперь ему хочется применять созданный мной инструмент в работе лаборатории.

 

Давай ещё поговорим про RIKEN. Насколько работа там отличается от работы в Санкт-Петербурге, или, например, в Европе.

Жизнь в японской лаборатории немного непривычна. Например, у них совсем другая рабочая атмосфера. Они могут вообще не разговаривать друг с другом на работе. Если у нас нормально прийти на работу, обсудить что-то с коллегами, задействовать коллег в эксперименте — не говоря уже о разговорах «за жизнь», то там они заходят, могут всего лишь сказать «здравствуйте», тихо пройти на рабочее место, сесть и проработать весь день.. У них не принято отвлекать коллег, и там каждый предоставлен сам себе.

Сначала меня это смущало , но потом, наоборот, настолько привыкла к концентрации на своей работе, что непривычно уже работать тут.

Зато весь четверг посвящён межлабораторным коммуникациям. Сначала проводятся отчёты о своей работе. У каждого из нас есть график, в какой из четвергов мы отчитываемся о своих проектах.

Так что сначала выслушиваем полуторачасовой отчёт, затем митинг по текущим внутрилабораторным вопросам, потом идёт Journal Club, на котором мы обсуждаем статьи в профильных журналах.

Когда была конференция, я заметил недовольство, или даже  недоумение Манабу, когда некоторые докладчики выступали по-русски, несмотря на присутствие иностранных коллег.  Прокомментируешь?

В нашей лаборатории не говорю по-японски только я, и тем не менее, все стараются  говорить по-английски — по крайней мере, при мне. Все отчёты, внутрилабораторные доклады делаются только на английском языке, и даже те, кто его знает не очень хорошо, готовятся, пишут и заучивают тексты. Это очень важно для международной научной деятельности.

И даже когда в лабораторию приходят, скажем, работники из службы  Animal Care, следящие за животными но при этом не являющиеся нашими сотрудниками и не говорящие по-английски, Манабу всегда переводит их разговор для меня. Поэтому Манабу был очень удивлён, что на международном симпозиуме не все докладчики говорят по-английски. Я объяснила, что у наших студентов ещё затруднено понимание английской речи, и потому мало вопросов. Он сказал, что конечно важнее, чтобы большинство аудитории принимало активное участие.

Ну и последний вопрос, на «вкусовщину». Можешь назвать работы в области нейронаук, которые тебя поразили  за последнее время.

А ты? Ты первый!

Хорошо, для меня это работа по научению макак-резусов управлять коляской при помощи интерфейса мозг-компьютер, работа по «вытаскиванию» потерянной памяти при болезни Альцгеймера. Ну и сам по себе бурнейший рост нейросетей  от выигрыша в го у человека до робота-диагноста.

А меня, наверное, всё-таки очень  порадовала работа, в которой ребята по активности фМРТ восстанавливали изображения лица человека, которое испытуемый себе воображал. Мне это интересно, потому что анализ данных фМРТ – это очень важная область, и мы до сих пор не до конца пользуемся всеми возможностями этого метода.

А как ты в этом случае прокомментируешь работу, где говорится, что многие данные работ с фМРТ неверны из-за ошибок в программном обеспечении, которое обрабатывает данные, возникающих из-за погрешностей параметрических моделей кластерного анализа?

Скажу, что в своих работах я всегда использую непараметрические модели, поскольку перед проведением статистического анализа я всегда проверяю полученные мною данные и пока что они ни разу не прошли тест на нормальность распределения.

 

Беседовал Алексей Паевский

]]> Tue, 12 Jul 2016 19:53:34 +0100 Как устроен мозг: лобные доли https://neurotechnologies.ru/articles/lobus_frontalis

В прошлом материале нашего цикла мы говорили про маленького брата-близнеца головного мозга  мозжечок, теперь же пора переходить и к самому так называемому большому мозгу. А именно к его части, которая делает человека человеком  лобным долям.

 

Лобные доли выделены голубым

 Немного о терминах

Эта одна из самых молодых частей человеческого мозга, которая составляет около 30%. А находится она в передней части нашей головы,  откуда и берет название «лобная» (на латыни это звучит как lobus frontalis, причём lobus  это «доля», а не «лобная»). От теменной доли она разделяется центральной бороздой (sulcus centralis). В каждой лобной доле располагаются четыре извилины: одна вертикальная и три горизонтальные  верхняя, средняя и нижняя лобные извилины (то бишь,  gyrus frontalis superior, medius и inferior соответственно  в английских текстах можно просто встретить эти латинские термины).

Что они делают?

Лобные доли регулируют систему распределения произвольных движений, двигательных процессов речи, регуляцию сложных форм поведения, функций мышления и даже контролирует мочеиспускание.

Лобные доли

У висков находится часть долей, «отвечающая» за интеллектуальные процессы.

Левая доля формирует качества, определяющие личность человека: внимание, абстрактное мышление, стремление к инициативе, способность к решению проблем, самоконтролю и критической самооценке. У большинства людей здесь же расположен центр речи, но есть примерно 2-5 жителей планеты, у которых он базируется в правой лобной доле. Но на деле способность говорить не изменяется в зависимости от местоположения «кабины управления».

Извилины, конечно, тоже имеют свои неповторимые функции. Передняя центральная извилина отвечает за двигательные способности определённых частей тела. По сути, получается «перевёрнутый человек»: лицом управляет нижняя треть извилины, та что ближе ко лбу, а ногами  верхняя треть, та что ближе к теменной области.

В задних отделах верхней лобной извилины находится экстрапирамидный центр, то есть экстрапирамидная система. Она отвечает за функцию произвольных движений, «готовность» центрального моторного аппарата к выполнению движения за перераспределение мышечного тонуса при выполнении действий. А также она принимает участие в поддержании нормальной позы. В заднем отделе средней лобной извилины располагается лобный глазодвигательный центр, который отвечает за одновременный поворот головы и глаз. Раздражение этого центра поворачивает голову и глаза в противоположную сторону.

Основная же функция лобной доли  «законодательная». Она контролирует поведение. Только этот участок мозга отдаёт команду, не позволяющую человеку осуществить социально нежелательные побуждения. Например, если эмоции диктуют ударить начальника  лобные доли сигнализируют: «Стой или потеряешь работу». Конечно, они только уведомляют, что так делать не надо, но останавливать действия и отключать эмоции не могут. Что интересно: лобные доли работают, даже когда мы спим. 

Кроме этого, они ещё и дирижёр, помогающий всем областям мозга работать согласованно.

И именно в лобных долях были открыты нейроны, которые назвали самым выдающимся событием в неврологии за последние десятилетия. В 1992 году киевлянин по рождению, итальянец по паспорту, Джакомо Риццолати открыл  и в 1996 году опубликовал так называемые зеркальные нейроны. Они возбуждаются как при выполнении определённого действия, так и при наблюдении за выполнением этого действия. Считается, что именно им мы обязаны способностью к обучению. Позже такие нейроны нашли и в других долях, но именно в лобных они были найдены первыми. 

Джакомо Риццолатти

Если они не работают

Поражение лобных долей приводит к возникновению беззаботности, бесполезных целей и склонности к неуместным смехотворным шуткам. Человек теряет смысл жизни, интерес к окружающему и может целыми днями спать. Так что если вы знаете такого человека, возможно, он не лентяй и лодырь, а у него отмирают клетки лобных долей!

Нарушение деятельности этих зон коры подчиняет действия человека случайным импульсам или стереотипам. При этом заметные изменения затрагивают саму личность пациента, а его умственные способности неизбежно снижаются. Особенно тяжело сказываются такие травмы на личностях, основа жизни которых  творчество. Создавать что-то новое они уже не в состоянии.

Повреждения этой области мозга можно обнаружить с помощью патологических рефлексов, которые в норме отсутствуют: например,  хватательный (рефлекс Янишевского-Бехтерева), когда кисть человека смыкается при прикосновении любого предмета к руке. Реже этот феномен проявляется навязчивым хватанием предметов, которые появляются перед глазами. Бывают и другие подобные нарушения: смыкание губ, челюсти и даже век.

Невролог Алексей Янишевский

В 1861 году французский врач Поль Брока описал интересный случай. Он знал старика, говорившего лишь: «Тан-тан-тан». После смерти пациента выяснилось, что в задней трети нижней лобной извилины левого полушария присутствовало размягчение - след кровоизлияния. Так родился медико-анатомический термин «центр Брока», и впервые взору учёных открылось назначение нескольких кубических сантиметров человеческого мозга, лежащих на самой его поверхности. 

Центр Брока

Существует достаточно много примеров, когда люди жили со значительными повреждениями лобной доли. Мы даже не раз писали о подобном, например, о «случае с ломиком». Так почему же люди не умирают при разрушении самой крупной и сложной, формирующейся лишь к 18 годам, области мозга? Объяснить это пока что не смогли, но всё же поведение людей «без лобных долей» довольно странное: один после беседы с врачом невозмутимо вошёл в приоткрытый шкаф, другая села писать письмо и заполнила всю страницу словами "Как поживаете?".

Знаменитый Финеас Гейдж, выживший после поражения лобной доли ломиком

Синдром лобной доли

У всех подобных пациентов развивается синдром лобной доли, который имеет место при массивных поражениях этого отдела мозга (нейропсихологический синдром или расстройство личности органической этиологии, согласно МКБ-10). Так как именно лобная доля ответственна за функции обработки информации и контроля психической деятельности, то её разрушение в результате черепно-мозговой травмы, развития опухолей, сосудистых и нейродегенеративных заболеваний ведёт к большому разнообразию нарушений.

Например, при восприятии узнавание простых элементов, символов, изображений особо не страдает, но пропадает способность адекватно анализировать какие-либо сложные ситуации: на предъявляемые  стандартные стимулы человек реагирует случайными и импульсивными ответами, которые рождаются под влиянием прямого впечатления.

То же самое импульсное поведение проявляется и в двигательной сфере: человек лишается способности к целенаправленным продуманным движениям. Вместо этого появляются стереотипные действия и бесконтрольные двигательные реакции. Страдает и внимание: больному сложно сконцентрироваться, он крайне отвлекаем и легко переключается с одного на другое, что препятствует выполнению поставленных задач. Сюда же можно отнести расстройства памяти и мышления, «благодаря» которым становится невозможным так называемое активное запоминание, теряется способность увидеть задачу «целиком», отчего она теряет свою смысловую структуру, утрачивается возможность её сложного анализа и поэтому – поиска программы решения, а также осознания своих ошибок.

У пациентов с подобными поражениями почти всегда страдает эмоционально-личностная сфера, что, собственно, и наблюдалось у того же Гейджа. Больные неадекватно относятся к себе, своему состоянию и окружающим, у них часто появляется состояние эйфории, которое может быстро сменяться агрессией, переходить в депрессивные настроения и эмоциональное безразличие. При лобном синдроме нарушается духовная сфера человека – теряется интерес к работе, меняются или полностью исчезают предпочтения и вкусы.

 

Лоботомия

К слову, одна из страшнейших операций, лоботомия, нарушает связь между лобными долями, и результат получается такой же, как при обычных повреждениях: человек перестает беспокоится, но получает множество «побочных эффектов» (эпилептические припадки, частичные параличи, недержание мочи, набор веса, нарушение моторики) и фактически превращается в «растение».

В качестве итога скажем: жить без лобной доли можно, но нежелательно, иначе всё человеческое растеряем.

Rizzolatti G., Fadiga L., Gallese V., Fogassi L.

Premotor cortex and the recognition of motor actions. 

Cogn. Brain Res., 3 (1996), 131-141.


Gallese V., Fadiga L., Fogassi L., Rizzolatti G

Action recognition in the premotor cortex.

Brain, 119 (1996), 593-609.

 

Анастасия Шешукова, Анна Хоружая

]]> Mon, 11 Jul 2016 20:21:49 +0100 Европейский Форум нейронаук: FENS-2016 https://neurotechnologies.ru/articles/fens2016

Мы продолжаем летнюю тему научных путешествий. В Дании 6 июля завершился 10-й форум нейронаук Федерации европейских обществ нейронаук (10th FENS Forum of Neuroscience). Рассказывает Александра Пойдашева, невролог и нейрофизиолог отделения нейрореабилитации Научного центра неврологии.

 

Конференция проводилась в Копенгагене и собрала огромное количество исследователей и молодых учёных со всего мира. Только от нашей страны заявилось около 100 участников. Хотя, например, из Италии приехало 350 учёных  возможно, на это повлиял тот факт, что президент FENS  итальянка Моника Ди Лука. На форуме презентовались исследования в различных областях, объединённых в понятие «нейронауки»: это и нейробиология, и исследования с помощью методов оптогенетики, и различные способы отражения работы ЦНС у человека (нейрофизиология, нейровизуализация и др.).  Кроме лекций, посвящённых изучению базовых принципов работы тех или иных типов клеток или нейронных ансамблей, проводились симпозиумы по темам исследований в области отдельных патологий, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС), нарушение пищевого поведения, расстройства настроения.

Я представляла на конгрессе постерный доклад о результатах работы нашей группы по изучению неинвазивной стимуляции мозга, посвящённый проблемам того, как нужно выявлять сети пассивного режима работы мозга (default mode network) у пациентов с хроническими нарушениями сознания, и не могу не отметить, что постерная сессия оказалась очень обширной: на обсуждение докладов каждый день выделялось три часа. Это послужило отличной возможностью для формирования новых научных связей.

 

На пленарном заседании

 

Нобелиаты в эфире

 

Кроме симпозиумов и постерных секций форум отличал набор пленарных лекций высочайшего класса. Лекции проводились в зале вместимостью около 1500 человек, и этот зал всегда наполнялся до отказа – так, что вместо вечернего перекуса приходилось бежать и занимать место. Одним из самых запоминающихся моментов форума стала лекция лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине 2014 г. Мэй-Брит и Эдварда Мозеров, а также Джона О'Кифа, посвящённая открытой ими системе нейронов координатной сетки, которая позволяет ориентироваться в пространстве (своеобразная система нейроGPS). Ещё более приятно то, что проводилась онлайн-трансляция этих лекций, так, что все желающие могли с ними ознакомиться (и могут до сих пор).

 

Кроме того, запомнилась лекция профессора Стивена Хаймена, в которой он говорил о вопросах этики, а точнее – позиции нейронауки в вопросах наказания за преступления, совершённые лицами, страдающими шизофренией или наркоманией. Хаймен утверждает, что планирование и контроль действий во многом зависят от бессознательных механизмов, а ощущение себя как исполнителя действия – продукт механизмов, связанных непосредственно с действием, а не предшествующих ему. Соответственно, с точки зрения нейронауки наказание за подобного рода преступления, даже при наличии свидетельств сознательной подготовки, не всегда правомерно, так как подобное поведение во многом определяется механизмами, которые осознанно не контролируются.

 

 

 

Лекция Джулио Тонони

 

Закрывала форум лекция Джулио Тонони, известного в качестве автора теории интегрированной информации, на основании которой строится представление о феномене сознания. Однако, помимо этого, Тонони   один из ведущих учёных, занимающихся вопросами сна. Им выдвинута гипотеза синаптического гомеостаза (synaptic homeostasis hypothesis), согласно которой бодрствование, а точнее  необходимость познания и научения во время бодрствования, требует увеличения силы синаптических связей, тогда как во время сна состояние синапсов восстанавливается  в этом и заключается гомеостаз. Эта теория находит свои подтверждения как в экспериментах на животных, так и в исследованиях у человека. Лекция стала завершающим аккордом полного новых впечатлений и открытий форума.

История в фокусе

Ещё хочу отметить, что кроме научной программы ежедневно проводилась постерная сессия, посвящённая истории нейронаук в европейских странах и отдельным выдающимся учёным. Так, например, наши коллеги из Львова подготовили стенд о выдающемся нейроанатоме, впервые описавшем гигантские пирамидальные нейроны первичной моторной коры головного мозга, уроженце Черниговской области Владимире Алексеевиче Беце (мы напишем и о нём прим. ред.). Мне кажется, это один из отличных примеров того, как важно поддерживать память о наших соотечественниках, которые внесли свой вклад в развитие мировой нейронауки.

За кулисами

Помимо конференции удалось побывать в офисе и на производстве одного из крупнейших производителей стимуляторов для транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС)  компании Magventure, расположенной в пригороде Копенгагена  городе Фарум. Было очень интересно заглянуть, наконец, внутрь катушки, которую я каждый день держу в руках. Кроме того, меня совершенно поразило, что всё производство ручное, то есть каждая катушка  это плод огромного, кропотливого труда инженеров.

 

 

Дома в Копенгагене

 

Копенгаген встретил меня ненастной и ветреной погодой. Датские коллеги сказали, что вот такое оно и есть, скандинавское лето. С одной стороны, холод и сырость, зато с другой  старинная архитектура, в чем-то напоминающая Старый город Риги, доброжелательность местных жителей, всегда готовых прийти на помощь запутавшемуся путешественнику, красота аккуратных дворов с высаженными буквально повсюду и цветущими как раз в этом месяце розами  и за это город невозможно не полюбить.

 

 

 

]]> Sun, 10 Jul 2016 20:05:28 +0100 Оптогенетика в вопросах и ответах https://neurotechnologies.ru/articles/optogeneticsQA

На нашем портале уже есть много разных видов материалов: статьи, новости, интервью, «10 фактов», биографии, «картинки дня». Предлагаем вам ещё один жанровый эксперимент: вопросы и ответы. И первый такой материал посвящён одному из самых современных методов нейронаук — оптогенетике.

Бычий родопсин

 

Что такое оптогенетика?

Оптогенетика  это набор технологий, которые позволяют при помощи излучения возбуждать или затормаживать активность определённого нейрона при помощи белков-опсинов.

Что такое опсины?

Опсины  это мембранные белки-насосы: при воздействии света определённого спектра они перекачивают ионы с одной стороны мембраны на другую, что приводит к изменению её потенциала.

Под воздействием синего света белок ченнелродопсин-2  (ChR2) открывает доступ притоку Na+ в клетку, а связанный с опсином на внутриклеточной стороне флуоресцентный белок светится под воздействием зелёного света, позволяя визуализировать ChR2-экспрессирующие клетки.

 

Как обнаружили опсины?

Первый организм, в котором нашлись опсины в 70-х годах ХХ века  это архея Halobacterium salinarum, которая, в свою очередь, обитала на солёной рыбе, что определили ещё в 1922 году. Опсины в мембране этого микроорганизма придают характерный розовый цвет ракообразным обитателям солёных озер (а также перьям фламинго, поедающим их). Опсины (разных цветов) найдены и у бактерий, микроскопических грибов и растений. Экологи заинтересовались опсинами, потому что эти белки используются микроорганизмами для перемещения к свету и для генерации энергии.

 

Как и когда появилась оптогенетика?

Годом возникновения оптогенетики можно назвать 2005 год, когда небольшая группа учёных из Стэнфордского университета под руководством Карла Дейссерота (Karl Deisseroth) опубликовала исследование, в котором смогла простимулировать при помощи света определённые нейроны мозга, экспрессирующие опсины.

Портрет Карла Дейссерота с сайта его лаборатории

 

Что нужно для идеального оптогенетического эксперимента?

1.   Выбрать опсин, исходя из его биофизических свойств (например, чувствительности к свету конкретной волны); придумать, как внедрить ген с этим опсином в нужные нейроны;

2.   Проверить, будет ли опсин экспрессироваться в этих клетках (то есть появится ли в мембранах белок опсин, который будет перекачивать ионы при активации светом);

3.   Придумать, как доставить свет к этим самым нейронам (например, при помощи оптоволокна и лазера).

 

Как работают опсины внутри нейронов?

Нейроны передают информацию через электрические импульсы через изменение потенциала мембраны. На этот потенциал, в свою очередь, влияет соотношение концентраций ионов внутри и снаружи клетки, поэтому для быстрого изменения потенциала в мембране нейронов есть множество белков-насосов, которые перекачивают ионы через мембрану. Опсины микроорганизмов, встроившись в клеточные стенки нейронов, тоже будут перекачивать ионы (тем самым изменяя потенциал мембраны), но только тогда, когда их активируют светом. По сути, исследователи получили настоящий и действенный переключатель активности нейронов.

 

Что можно узнать при помощи оптогенетики?

Оптогенетика активно развивается: за десять лет опубликовано более двух тысяч исследований, которые использовали оптогенетические технологии. Их адаптировали для многих модельных организмов: круглого червя Caenorhabditis elegans, фруктовой мухи дрозофилы, рыбы данио-рерио, мышей, крыс и макак. Это позволило узнать больше  о причинно-следственных связей многих болезней: начиная от болезни Паркинсона до депрессии, тревожных расстройств и аутизма.

 

Что дальше?

Оптогенетика  элегантный пример того, как работает современная наука, и как очень многое в ней взаимосвязано: казалось бы, какая может быть связь между микробиологами, изучающими жизнь в экстремальных условиях, и нейробиологами, озадаченными энигмами человеческого мозга?

Очевидно, что развитие технологий оптогенетики позволит адаптировать их и к человеку. Учитывая, что уже сейчас оптогенетические манипуляции на мышах и обезьянах позволяют менять настроение, память, изменять поведение,  возникает вопрос: где та граница, которую нельзя переступать? Неслучайно в 2015 году, через десять лет после появления термина оптогенетики, Турзан Канли ввёл понятие нейрогенЭтики, нового направление биоэтики, которая и будет заниматься этими вопросами.

 

Tye K.M., Deisseroth, K. (2012). Optogenetic investigation of neural circuits underlying brain disease in animal models. Nature Reviews Neurosciences, Volume 13(4):251-66.

Canli, T. (2015). Neurogenethics: An emerging discipline at the intersection of ethics, neuroscience, and genomics. Applied & Translational Genomics,

Volume 5:18–22.

Boyden, E.S. (2011). A history of optogenetics: the development of tools for controlling brain circuits with light. F1000 Biology Reports  3:11.

 

Дарья Овсянникова

]]> Sun, 10 Jul 2016 16:18:02 +0100 Что такое «быть в сознании» с точки зрения нейроучёного? https://neurotechnologies.ru/articles/consciousness_what_is_it

Что значит быть в сознании? Один из самых популярных ответов на этот вопрос — это декартовский «Я мыслю, значит я существую». Тогда возникает следующий вопрос: что значит мыслить и можно ли  вообще с помощью рациональных методов ответить на этот вопрос? Успехи экспериментальной и теоретической нейронауки последних нескольких десятков лет показывают, что сознание всё-таки можно и нужно изучать научными методами. При этом неврологи подходят к вопросу сознания с отличной от философии и теологии стороны: не ищут ответа на экзистенциальный вопрос «Что есть сознание?», а, скорее, пытаются определить характеристики мозга, которые отличаются при состоянии ясного сознания и при его нарушениях или отсутствии.

 

Как изучают сознание?

Быть в сознании  это испытывать ощущения, слышать звук, думать, чувствовать, видеть. Как в лабораторных условиях, так и в клинической медицине, уровень сознания в первую очередь определяется по ответной реакции на звуковые, речевые, визуальные и другие стимулы («если вы чувствуете боль, сожмите руку два раза, если нет  то один раз»). Этот подход позволяет разграничить состояние бессознательности, когда мы ничего не ощущаем (это глубокий сон без сновидений, общая анестезия, кома, вегетативное состояние) от состояния сознания. Из этого определения также следует вывод, что для состояния сознания контакт с внешним миром совсем не обязателен например, человек остается в сознании, когда видит сновидения, потому что испытывает звуковые и визуальные ощущения.

С другой стороны, у этого подхода есть существенные недостатки. Во-первых, что если человек пребывает в сознании, но не может об этом сообщить (например, парализован)? Во-вторых,  необходимым условием ставится способность понимать речь. Означает ли это автоматически, что младенцы и животные находятся в бессознательном состоянии? Очевидно, что нет.

Поэтому для более объективной характеристики состояния сознания  нейробиологии совмещают анализ ответных реакций на стимулы с одновременной регистрацией процессов в мозге. Например, когда мы слышим звук скрипки, в мозге активируются определенные зоны. Должно работать и обратное: если эти же зоны мозга простимулировать, то появится ощущение звуков скрипки и в тишине. В теории, если сравнить активность мозга в тишине и при звуках скрипки, мы получим ответ на вопрос «как мы осознаем звуки скрипки». Аналогично и про состояние сознания и его нарушения: возьмем бодрствующего человека и человека в коме, сравним и определим. Но это в теории, а на практике ключевыми вопросами в науке о сознании по-прежнему остаются два: «Что именно измерять? (что это за «активность мозга») и «где измерять?».

Где находится сознание?

Давным-давно не новость, что для существования сознания необходим головной мозг. Тем не менее все еще открытым остается вопрос про необходимые и достаточные зоны мозга для состояния сознания. Например, повреждения мозжечка не приводят к потере сознания, несмотря на то, что в мозжечке в четыре раза больше нейронов, чем в коре головного мозга и развиты восходящие и нисходящие связи с другими отделами мозга. А вот повреждение ствола мозга немедленно приводит к коме. При этом нормальная работа ствола мозга – это необходимое, но недостаточное условия для существования сознания: у пациентов с тяжелым повреждением коры головного мозга, но с функционирующим стволом мозга, как правило, формируется вегетативное состояние, при котором у человека сохранены такие функции, как дыхание, кровообращение, пищеварение и т.д., но утрачивается способность к взаимодействию с внешним миром, к осознанной деятельности. Какие именно зоны кортекса участвуют в формировании сознания и насколько важна в этом плане каждая из них  предмет активных исследований.

Ствол мозга. Изображение Anatomography maintained by Life Science Databases(LSDB)

 

Нейрофизиологические маркеры сознания

Всем знакомая картина из фильмов: врач у постели больного в коме напряженно смотрит на экран, где бегут волны электроэнцефалограммы (ЭЭГ) головного мозга. ЭЭГ анализирует сигналы от электродов, присоединенных к голове, и передает интегрированный сигнал на экран. Сигнал с низкой амплитудой, но с высокой частотой коррелирует с состоянием сознания; высокая амплитуда, но редкие волны являются признаком отсутствия сознания. Несмотря на то, что этот метод был впервые применён к  человеку предложен ещё в 1924 году (а на животных опробован ещё раньше), он по-прежнему остается одним из самых полезных и чувствительных способов разграничения состояния сознания и его нарушений.  За прошедшее время стало понятно, что волны, которые регистрируются на ЭЭГ,  это результат взаимодействия нейронов таламуса, коры головного мозга и ствола мозга. В то же время стало очевидно, что и этот метод выявления сознания не всегда надёжен:  например, когда электроды были расположены внутри мозга спящего человека (более чувствительный метод регистрации ЭЭГ, чем ЭЭГ, записанная с помощью электродов на коже головы) было обнаружено, что отдельные зоны мозга все-таки активны и во время фазы глубокого сна. При этом надо принимать во внимание, что исследования ведутся в основном на взрослых без патологий. Можем ли мы перенести результаты исследований, полученных на здоровых взрослых, к примеру,  на людей с обширными повреждениями мозга? На детей? На животных?

Комплексный подход

Существенный прорыв в исследованиях сознания произошел в 2013 году, когда группа нейробиологов под руководством Джулио Тонони и Марцелло Массимини из университетов Сан Паоло и Милана, предложила новый целостный подход к исследованию сознания на основе теории интегрированной информации.  Тогда как  предыдущие исследования фокусировались только на каком-то одном аспекте деятельности мозга, эти исследователи предложили ввести индекс, объединяющий несколько параметров.

Теория интегрированной информации предсказывает, что для состояния сознания нужны как дифференциация, так и интегрированность мозговой активности.  Что это такое? Дифференциация  мозговой активности отражает то,  насколько уникальны сигналы мозга.  Например, в клинической практике энтропия мозговой активности служит мерой глубины анестезии: чем меньше «шума» детектируется на ЭЭГ, тем больше глубина анестезии.  Интегрированность  показатель того,  насколько координированы отделы мозга: например, при засыпании (снижение интегрированности) количество связей между разными отделами мозга сокращается.

По отдельности эти параметры не предсказывают состояние сознания в 100% случаях, однако при этом так называемый индекс сложности пертурбаций (Perturbational Complexity Index ,PCI), объединяющий эти два параметра, правильно позволил правильно оценить состояние сознания у 32 человек, участвовавших в исследовании. Более того, индекс сложности пертурбации был сходным как у здоровых бодрствующих волонтеров, так и полностью парализованных пациентов, находящихся в сознании и отличался при различных вариантах нарушения сознания, таких как вегетативное состояние и состояние минимального сознания.

Дальнейшее развитие эмпирических методов для измерения сознания позволит ответить на широкий круг вопросов, начиная от клинически важного  «Где грань между ограниченным сознанием полностью парализованных пациентов и вегетативным состоянием?» до философских «С какого момент младенцы начинают быть в сознании? » и «Есть ли сознание у животных?».

 

Tononi G., Koch C. (2015). Consciousness: here, there and everywhere? Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B Philos 370(1668).

Koch C., Massimini M., Boly M., Tononi G. (2016). Neural correlates of consciousness: progress and problems. Nature Reviews Neuroscience  17(5):307-21.

Casali AG, Gosseries O, Rosanova M, Boly M, Sarasso S, Casali KR, Casarotto S, Bruno MA, Laureys S, Tononi G, Massimini M. (2013). A theoretically based index of consciousness independent of sensory processing and behavior. Science Translational Medicine 5(198):198ra105.

 

Дарья Овсянникова

 

]]> Fri, 08 Jul 2016 12:12:50 +0100 Как устроен мозг: мозжечок https://neurotechnologies.ru/articles/cerebellum

Удобно ли вам лежать на кровати без подушки? Мы думаем, что не всегда. Вот и у мозга есть своеобразная «подушка»  правда выглядит она в точности, как и он, только чуть меньше в размерах. Как вы уже догадались, речь в нашей еженедельной рубрике «Как устроен мозг» пойдёт о мозжечке — маленьком брате-близнеце мозга.

 

 

Как и в русском языке, по-латински cerebellum означает «малый мозг» и находится за продолговатым мозгом и варолиевым мостом, под затылочными долями полушарий головного мозга. А «связывается» мозжечок с ним с помощью трёх пар ножек, которые в виде толстых кабелей тянутся к мозгу.

Cerebellum получает информацию, идущую из спинного мозга в кору полушарий головного мозга (афферентную) и, наоборот, следующую от двигательных центров к спинному мозгу (эфферентную). Благодаря этому, он может рассчитывать ошибку и, при необходимости, сообщать о ней в двигательные центры. Так мозжечок, словно кукловод, корректирует произвольные и автоматические движения.

Cerebellum состоит из двух полушарий (лат. hemispheria cerebelli), которые соединяет непарная структура  «червь» (лат. vermis cerebelli). Червь получил своё название из-за внешней схожести с кольчатыми червями. Эта вытянутая область покрыта бороздками: более мелкими на передней поверхности и более крупными на задней.

Vermis cerebelli

 

Кору полушарий составляет три слоя клеток, в который входят клетки Пуркинье. Они имеют важное влияние на двигательные функции, так как именно их созревание помогает детям учиться рисовать, ходить и даже сидеть. А тренировки такое созревание ускоряют. Самый развитый мозжечок имеют гимнасты, балерины, фигуристы и люди другого образа жизни, связанного с высокой координацией движений.

Клетки Пуркинье. Рисунок Сантьяго Рамон-и-Кахаля

 

Итак, кора имеет несколько слоёв:

1.   Верхний слой коры моз­жечка — молекулярный, состоит из параллельных волокон, разветвлений дендритов и аксонов второго и третьего слоёв. В нижней части молекулярного слоя расположены корзинчатые и звёздчатые клетки, которые обеспечивают взаимодействие клеток Пуркинье.

2.   Средний (второй) слой коры составлен из клеток Пуркинье, выстроенных в один ряд и имеющих самую мощную в центральной нервной системе денд­ритную сеть. На дендритном поле одной клетки Пуркинье может замыкаться до 60 тысяч синапсов. Эти клетки функци­онально выполняют задачу сбора, обработки и передачи двигательной информа­ции. Аксоны клеток Пуркинье образуют единственный путь, с по­мощью которого кора мозжечка передаёт информацию в ядра и другие структуры большого мозга. 

3.   Грану­лярный слой. Под вторым слоем коры лежит грану­лярный слой, состоящий из своеобразных клеток-зёрен, число которых дости­гает 10 млрд. Аксоны этих клеток поднимаются вверх, Т-образно делятся на поверхности коры, образуя дорожки контактов с клет­ками Пуркинье. Здесь же находятся клетки Гольджи.

 

«Внутренность» под корой занимает белое вещество. А в самом центре есть ещё одни небольшие скопления серого вещества, которые называют ядрами мозжечка. Они, как и большинство других областей, парные. Различают 4 вида ядер, мы их расположили по филогенетическому возрасту (от самого древнего к молодому):

  1. Ядро шатра (лат. nucleus fastigii) — относится к самой древней части (лат. archicerebellum), связано с регуляцией вестибулярного аппарата.
  2. Пробковидное (лат. nucleus emboliformis) — является старой частью (лат. Paleocerebellum), возникло и развилось благодаря усложнению движений туловища.
  3. Шаровидное (лат. nucleus globosus) — имеет такой же возраст и функцию, как и пробковидное.
  4. Зубчатое (лат. nucleus dentatus) — самое молодое (лат. Neocerebellum)  и связано с регуляцией движения конечностей.

Поэтому при поражении каждой из этих частей нарушаются различные стороны двигательной функции, соответствующие различным стадиям филогенеза, а именно: при повреждении archicerebellum страдает равновесие тела, при поражениях paleocerebellum выходит из строя работа мускулатуры шеи и туловища, при поражении neocerebellum — работа мускулатуры конечностей.

Функционирование мозжечка происходит бессознательно, так как в основном он отвечает за:

  1. Координацию движений;
  2. Регуляцию равновесия;
  3. Регуляцию мышечного тонуса;
  4. Мышечную память.

Также именно благодаря мозжечку мы можем писать и печатать на клавиатуре.

Мозжечок обеспечивает синергию сокращений разных мышц при сложных движениях. Например, при ходьбе: делая шаг, человек заносит ногу, и одновременно центр тяжести туловища мыш­цами спины переносится вперёд.

При повреждениях мозжечка ярче всего пациент замечает свою неспособность выполнить нужный порядок, определённую последовательность движений: он не способен, вытянув руки, быстро вращать ладони вниз-вверх, сесть из положения лежа без помощи рук. Часто встречается нарушение регуляции сокращения мышц: их гипертонус, а также различные виды тремора (дрожания рук).

Мозжечок оказывает угнетающее и стимулирующее влияние на работу

Но, что интересно, всего лишь пару лет назад выяснилось, что и без мозжечка жить можно. Однажды у 24-летней девушки врачи обнаружили вместо мозжечка «дыру», заполненную спинномозговой жидкостью. Пациентка рассказала, что начала ходить и внятно говорить лишь к седьмому году жизни, и, кроме этого, страдала от постоянных головокружений. Девушка никогда не бегала, не прыгала и не могла совершать очень сложных координированных действий, но тем не менее вела совершенно нормальный образ жизни.

Анастасия Шешукова

]]> Tue, 05 Jul 2016 06:40:08 +0100 IV Научная фабрика: неврология на фоне финской природы https://neurotechnologies.ru/articles/meela

В арсенале нашего портала уже есть проект «Интервью с молодыми учёными», который мы проводим совместно с компанией Future Biotech. Однако нам этого показалось мало. Ведь для молодых учёных очень важно общение с коллегами из других городов и стран и обсуждение научных результатов. Поэтому в качестве дополнительного «лакомства» мы решили предложить вашему вниманию интервью, подготовленное совместно с Научным центром неврологии РАН о поездке двух молодых сотрудников  Людмилы Легостаевой и Ильи Бакулина  на научную школу по транскраниальной магнитной стимуляции в Финляндию.

Людмила Легостаева и Илья Бакулин

 

Мила, скажи, пожалуйста, что это было за мероприятие, на которое вы ездили с Ильёй?

Я посетила IV Научную фабрику – так называется ежегодная Летняя школа ТМС-ЭЭГ. Она проходила в Сальвала – городе недалеко от Хельсинки, и была организована университетом Аальто. Эта площадка объединяет молодых учёных (PhD students, post-doc) самых разных специальностей: неврологов, нейрофизиологов, нейробиологов, инженеров, физиков, математиков, нейропсихологов, а также выдающихся специалистов. Все участники занимаются методикой ТМС-ЭЭГ. Она объединяет в себе возможности транскраниальной магнитной стимуляции и электроэнцефалографии.

А откуда такое необычное название? Обычно  симпозиум, конгресс, конференция молодых учёных, наконец, а тут  «научная фабрика»? 

Ну, видимо, потому, что это не только прослушивание огромного количества лекций, но и непрерывное общение между участниками и коучами (вот они на фото  у костра). Коучи  это и есть те самые выдающиеся учёные с высоким индексом цитируемости, которые знают толк в методике ТМС-ЭЭГ и, по сути, находятся на передовой. Каждого молодого участника определяют в небольшую группу, да так, чтобы все были из разных стран. Вместе с коучем вы представляете, обсуждаете и генерируете свои проекты, выполняете всевозможные задания, оппонируете другим командам и лекторам. Таким образом, кроме обмена опытом между такими же молодыми учёными вы ещё и учитесь у лучших в своей сфере  чем не научная фабрика?

 

Здесь пора, наверное, рассказать в двух словах, чем ты вообще занимаешься.

Я очень хотела попасть именно на эту школу, потому что наша группа  www.brain-stim.ru   занимается методикой ТМС-ЭЭГ для изучения сознания. Мы проводим исследования среди пациентов с хроническими нарушениями сознания. Это люди, которые пережили кому после травмы, остановки сердца или инсульта, но так и не вернулись в ясное сознание. Так скажем, такое вегетативное состояние или состояние минимального сознания. С помощью ТМС-ЭЭГ мы вычисляем показатель, который называется «интегративный индекс сознания». Он позволяет понять, как изменяются связи между различными группами нейронов в мозге таких пациентов, и попытаться найти способ сознание восстановить. Лаборатория, которая разработала этот индекс, находится в Миланском университете. Они принимали непосредственное участие в Летней школе ТМС-ЭЭГ. К примеру, руководитель лаборатории Марчелло Массимини и ведущий специалист Сильвия Касаротто   почётные коучи, которые из года в год приезжают на это мероприятие.

Ребята из нашей лаборатории  Александр Червяков (Alexander Chervyakov), Alexandra Poydasheva и Элина Змейкина (Elina Zmeykina)   ездили на эту школу раньше и рассказывали, как там круто. Конечно, в этом году я очень захотела тоже там побывать.

Скажи, а что нужно, чтобы попасть на эту школу? Ты проходила какой-то предварительный отбор?

Да, для того, чтобы тебя приняли, необходимо в определённые сроки отправить заполненную анкету, подтверждение твоего статуса от научного руководителя и резюме с указанием твоих научных интересов. Организаторы рассматривают заявку около месяца.

Вот ещё такой момент  ты ведь клинический невролог, а эта школа, судя по тому, что ты рассказываешь, рассчитана в основном на учёных, которые больше работают с данными, чем с живыми пациентами. Не тяжеловато ли тебе пришлось?

Наоборот, крайне интересно. Это совершенно другой взгляд, который сильно освежает представления о работе. Методика ТМС-ЭЭГ  это очень интересная, новая сфера нейрофизиологии, которая сейчас бурно развивается. Так что лучше быть у истоков. Да, ещё хочу сказать, что между лекциями проводились сессии по обработке данных, по методике ТМС. В Школу привозят установку для навигационной ТМС Некстим  такую же, как и у нас в НЦН   и обучают работе.

Такой hands-on course?

Да. И, по идее, можно обучиться даже с нуля, если есть базовые представления о нейрофизиологических методиках.

Хорошо, а что за проект вы разрабатывали с вашей группой? И кто был в команде? (я так понимаю, что вас с Ильёй разделили?)

Да, конечно, мы были в разных группах. Мне очень повезло – тренером команды, в которую я попала, стал профессор из университета Тренто Карло Миниусси. Этот человек занимается таким интересным направлением обработки данных, как оценка коннективности по ТМС-ЭЭГ. Более того, в работе нашей команды участвовал как раз профессор Марчелло Массимини, я говорила уже о нём. И ещё с нами был пост-док Туомас Мутанен из университета Аальто, занимающийся проблемой артефактов при обработке данных. Мы познакомились с ним в прошлом году, когда он приезжал в Москву на нашу конференцию по ТМС (кстати, мы начали готовить следующую  она пройдёт в 2017-м  будем рады всех видеть!)

Работа Школы построена так: 3-4 лекции, между ними дискуссия  оппонирование, и в конце недели  конкурс с презентациями резюме. Каждый имел возможность поговорить о своей научной работе с выдающимися деятелями своей сферы, а также обсудить новые идеи и коллаборации. У нашей команды было два проекта. Первый  мы оппонировали PhD Тилю Бергману при обсуждении его работ по осцилляциям, а второй  это подготовка резюме работы Матти Стенроса (университет Аальто) о проблемах моделирования при помощи ТМС-ЭЭГ. Наша команда называлась The Flying Squirrels. И это вам не шуточки, это серьезная наука! (смеётся)

Ну а как же традиционные постеры? Были?

Конечно! На Летней школе участники группы BrainStim представили сразу 2 доклада: постерный и устный. Устный доклад делал Илья Бакулин, он рассказывал о своей работе по изучению связи между гипервозбудимостью коры, нейродегенерацией и нейропластичностью при нейродегенеративных заболеваниях. А мне выпала возможность представить постерный доклад с нашими пилотными результатами использования индекса сознания у наших пациентов.

А что насчёт networking events?

Ну куда же без этого? Финская сауна, танцы, катание на лодках по озерам, бег и гуляния, и, конечно, мноооого общения.

Ну и не могу не спросить  это же всё не бесплатно? Кто стал спонсором поездки?

Я ездила за счёт гранта Российского научного фонда, который мы получили в этом году. Сама школа обходится в 880 евро – в эту сумму включены регистрация и проживание. Ты неделю живёшь, ешь, работаешь бок о бок с лучшими из лучших в своей области. И всё это в прекрасной атмосфере финской природы. Идеально!

Беседовал Дмитрий Cергеев, Научный центр неврологии

]]> Sat, 02 Jul 2016 09:25:46 +0100