Если вы поклонник «Звездного пути», подумайте об этом как о ромуланском или клингонском маскировочном устройстве, которое скрывает военный корабль. Скрытый корабль невидим, пока не выстрелит во врага.
В исследовании, опубликованном в выпуске Current Biology от 16 марта, исследователи обнаружили, что класс тормозных нейронов, называемых клетками соматостатина, посылает сигнал — очень похожий на маскирующее устройство — который заглушает соседние возбуждающие нейроны. Синапсы, как замаскированный военный корабль, не видны, если они не стреляют; активация клеток соматостатина делает синапсы и локальную сеть нейронов невидимыми для исследователей.
Кроме того, подавляя молчание определенных частей нейронной сети, активность нейронов соматостатина также может изменить способ функционирования мозга, усиливая одни пути восприятия и подавляя другие.«Было совершенно неожиданно, что эти клетки будут работать таким образом», — сказала Элисон Барт, профессор биологических наук и член BrainHubSM, исследовательской инициативы Карнеги-Меллона в области нейробиологии. «Изменение активности только этого одного типа клеток может позволить вам по желанию изменить структуру мозговых цепей. Это может кардинально изменить то, как мы смотрим на коннектом и используем его».Исследователи из Карнеги-Меллона обнаружили это синаптическое маскирующее устройство, во многом таким же образом, как Звездный флот обнаружил замаскированный клингонский боевой корабль — они проводили свои обычные исследования и заметили, что что-то выглядело не совсем так.
Джоанна Урбан-Чико, научный сотрудник лаборатории Барта, заметила, что синапсы в ее экспериментах не вели себя так, как сообщали предыдущие экспериментаторы. Предыдущие исследования показали, что синапсы должны быть сильными и надежными, и что они всегда должны расти и укрепляться в ответ на стимул. Но нейроны, на которые смотрел Урбан-Чеко, были слабыми и ненадежными.
Разница между исследованием Урбан-Чеко и ранее выполненной работой заключалась в том, что ее исследование проводилось в реальных условиях. Предыдущие исследования функции синапсов проводились в условиях, оптимизированных для наблюдения за синапсами. Однако такие экспериментальные условия не отражают шумную среду мозга, в которой обычно существуют синапсы.«В нейробиологии есть большой черный ящик.
Мы знаем, как усилить синапсы в блюде. Но что происходит в мозге, чтобы инициировать синаптическое усиление в реальной жизни?» — спросил Барт.Чтобы выяснить это, Урбан-Чеко посмотрел на нейроны неокортекса головного мозга, которые функционировали в нормальных шумных условиях. Она взяла записи парных клеток из пирамидных клеток, типа возбуждающего нейрона, и обнаружила, что многие синапсы между нейронами не функционируют или функционируют на неожиданно низком уровне.
Затем Урбан-Чеко записал активность клеток соматостатина, типа тормозного нейрона, и обнаружил, что эти нейроны были намного более активными, чем ожидалось.«Клетки соматостатина были настолько активны, что я подумал, могут ли они управлять ингибированием синапсов», — сказал Урбан-Чико.Чтобы проверить свою гипотезу, Урбан-Чеко обратилась к оптогенетике — методу, который управляет нейронами с помощью света. Она использовала свет, чтобы запустить фермент, который активировал и деактивировал нейрон соматостатина.
Когда клетки соматостатина были отключены, синапсы стали большими и сильными. Когда клетки включались, синапсы становились слабее, а в некоторых случаях полностью исчезали.
«К вам все время приходят сообщения, почему вы помните одно, а не другое?» «Мы думаем, что нейроны соматостатина могут определять, используются ли синапсы и могут ли они быть изменены во время какого-либо важного события, чтобы обеспечить обучение», — сказал Барт, который также является членом совместного Центра нейронных исследований CMU / Университета Питтсбурга. Основы познания (CNBC).Исследователи обнаружили, что при включении нейронов соматостатина срабатывает маскирующее устройство. Нейрон активировал рецепторы GABAb на сотнях возбуждающих нейронов в непосредственной близости.
Активация этого рецептора подавляла возбуждающие нейроны, что мешало им создавать и укреплять синапсы — и делало их невидимыми для исследователей.Затем исследователи планируют посмотреть, будут ли соматостатиновые клетки вести себя аналогичным образом в других областях мозга.
Если они это сделают, это может стать новой целью для изучения и улучшения обучения и памяти.