484.04
+0.53
523.1
+1.64
8.44
+0.03
+7
Погода в Ереване
Рус
Российские ученые сделали мозг "прозрачным"
14:29
05 Апреля 2011

Российские ученые разработали методы, которые позволяют в "прямом эфире" наблюдать, как работают клетки головного мозга в процессе обучения и запоминания новой информации. Об этом рассказал на конференции "Кикоинские чтения" в Курчатовском институте заведующий отделом системогенеза НИИ нормальной физиологии РАМН Константин Анохин.

"Нейронаука за последние 20 лет достигла огромных успехов", - сказал Анохин, говоря об исследовании биологических основ сознания.По его словам, продвижение в этой сфере стало возможно благодаря соединению методов физики, молекулярной биологии и нейрологии, передает РИА Новости.

УСКОРЕННЫЕ ПОВТОРЫ

Анохин напомнил, что в головном мозге человека находится 70 миллиардов нейронов - столько же, сколько звезд в нашей Галактике, а количество связей между ними достигает 60 триллионов. Однако за последние годы исследователи начали понимать, как "выглядят" многие процессы в мозге.

Ученый рассказал об эксперименте с фиксацией электрических импульсов в мозге мыши, которую обучали проходить лабиринт в поисках пищи. Исследователи выяснили, каким образом в процессе обучения формируется нейронная сеть - как становятся активными те или иные группы клеток.

Как оказалось, в состоянии покоя мозг животного в ускоренном режиме проигрывает заново те последовательности активизации нейронов, которые наблюдались, когда мышь действовала.

"В сжатом виде проигрывается все прошлое поведение животного. Это происходит только тогда, когда она учится", - пояснил Анохин.

"Мы знаем теперь, что такие вспышки с воспоминанием прошлого происходят во время сна. Сновидения становятся способом проигрывания прошлого индивидуального опыта. Кроме того, мы знаем, что животные используют это для проигрывания ситуаций выбора", - добавил ученый.

КЛЕТОЧНОЕ РАЗРЕШЕНИЕ

В настоящее время нейронаука имеет достаточно мощный теоретический инструмент, который позволяет интерпретировать экспериментальные данные - это теория функциональных систем.

Согласно данной теории, говорит Анохин, все действия, в частности, процессы припоминания, обучения сопровождаются формированием распределенных сетей нейронов, которые синхронизируются друг с другом за счет одновременного возбуждения. Такие сети формируются в процессе обучения и приобретения опыта, они могут модифицироваться, распадаться по мере запоминания и забывания.

Однако исследование столь сложных систем в бодрствующем мозге во время когнитивных операций, требует, по словам Анохина, выполнения нескольких условий.

В частности, ученым необходим способ наблюдения за отдельными нейронами. Существующие методы фиксации электрической активности мозга позволяют различать активизацию областей, в которых содержатся десятки и сотни клеток, единичный нейрон они "увидеть" не могут.

"В нашем мозге существует около миллиона нейронов, расположенных в височной доле, которые избирательно активируются в ответ на образ нашего премьер-министра. Приблизительно столько же - на президента, столько же может активироваться в ответ на образы Евстигнеева, Гурченко, зайца из "Ну погоди!" или Эйфелевой башни. При этом соседние клетки могут быть связаны с совершенно разными процессами. Единственный способ понять, что происходит - клеточное разрешение", - сказал Анохин.

Кроме того, исследователям нужно видеть мозг в целом, и это должен быть живой, действующий мозг.
"Такие системы - динамические системы, складывающиеся в момент самого когнитивного процесса - действия, мышления - и распадающиеся потом. Поэтому исследовать их можно только у бодрствующих организмов в процессе поведения, когнитивной деятельности", - сказал Анохин.

ОПТИКА ЗАГЛЯДЫВАЕТ В МОЗГ

По словам ученого, выполнить все эти условия поможет соединение методов оптики, генетики и нейрологии - нейрооптогенетика.

Анохин рассказал, что нервные импульсы не только вызывают изменения электрического потенциала на мембране нервных клеток, но и вовлекают в работу ядро клетки, активизируя определенные гены.
"В момент переживания любого нового опыта в значительной части клеток мозга активируются определенные гены. Это не просто совпадающие события: блокада работы (этих) генов приводит к нарушению долговременной памяти", - сказал Анохин.

Он напомнил, что в биологии широко используется метод флюоресцентных меток, белков, которые могут светиться при облучении светом определенной длины волны. Биологи научились прикреплять ген, производящий флюоресцентные белки, к целевым генам, состояние которых надо отследить, а затем наблюдать, как этот ген проявляется в организме.

"Мы можем сделать такой репортерный конструкт: соединить один из генов, участвующих в обучении, с таким флюорсцентным белком, вживить этот конструкт, и сделать трансгенное животное. И тогда под флюоресцентным микроскопом мы можем увидеть клетки, в которых работает интересующий нас ген. Мы можем это видеть в момент обучения", - сказал Анохин.

Для этого понадобилось сделать мозг в буквальном смысле слова прозрачным - мозг мыши помещали в препарат, имеющий тот же коэффициент преломления, как клеточная мембрана и некоторые белки, что делает мозг почти или полностью прозрачным.

Кроме того, необходимо было получить данные о точной локализации активных нейронов. Для этого мозг просвечивался очень узким лазерным лучом, возбуждающим флюоресценцию в очень тонкой плоскости (около 6-10 микрон). "Мы можем видеть виртуальные срезы и, двигая препарат в вертикальной плоскости, мы можем получить трехмерную реконструкцию. Это позволило впервые увидеть работу огромной популяции клеток в целом мозге", - сказал Анохин.

МОЗГ В "ПРЯМОМ ЭФИРЕ"

Единственный недостаток описанного метода заключается в том, что наблюдается статическая картина, сказал Анонхин. Однако, добавил ученый, сейчас он и его коллеги разработали метод наблюдений живого мозга.

Для этого в черепной коробке делается специальное отверстие, куда через световод подводится луч лазера, вызывающий флюоресценцию.

"Суть этих подходов заключается в том, что, используя волокно, мы можем видеть прижизненно в мозге животного изменения флюоресценции", - сказал Анохин.

По его мнению, развитие подобных методов в ближайшем будущем может привести к крупным прорывам в исследовании мозга.

"В ближайшие годы мы можем ожидать крупных событий на этом фронте", - заключил ученый.--0--

Loading...
Материалы по теме

Другие материалы раздела
12:21
23 Марта 2017
Прошлый год был самым жарким за всю историю наблюдений - ООН
В прошлом году средняя температура воздуха по планете была на 1,1 градуса по Цельсию выше по сравнению с доиндустриальным периодом, говорится в новом докладе ООН, опубликованном накануне Всемирного метеорологического дня, сообщает FINMARKET.RU.
11:27
22 Марта 2017
Геофизики предрекли столкновение Земли с Марсом
Геофизик Стивен Мейерс из Висконсинского университета в Мадисоне (США) допустил столкновение Земли и Марса
09:41
22 Марта 2017
В США начала распространяться смертельная грибковая инфекция
Впервые Candida auris был выявлен в 2009 году в Японии
13:03
21 Марта 2017
Лучшие снимки Марса легли в основу видео о Красной планете
Финский фотограф Ян Фройдман преобразовал марсианские снимки в видео о Красной планете.
10:03
21 Марта 2017
Медики назвали главную опасность коктейля из алкоголя и энергетиков
Канадские медики назвали главную опасность от употребления коктейлей, состоящих из алкоголя и энергетических напитков с высоким содержанием кофеина
09:16
20 Марта 2017
Космические планы Стивена Хокинга
В сентябре 2016 года издание The Guardian опубликовало отрывок из книги Хокинга "Как создать космический корабль", в которой автор призвал человечество покорять другие планеты
11:02
18 Марта 2017
Новое лекарство показало успех в предотвращении инфаркта
Ученые провели успешные испытания инновационного препарата, способного, по их словам, предотвращать инфаркты и инсульты.
19:08
17 Марта 2017
Армия США получила на вооружение самый мощный лазер в мире
Армия США получила на вооружение самый мощный лазер в мире, сообщает сайт Warspot со ссылкой на пресс-службу корпорации Lockheed Martin.  Специалисты компании завершили испытания лазерной установки мощностью 60 кВт и передали ее американской армии.
19:12
15 Марта 2017
Ученые доказали правдивость "правила пяти секунд"
Профессор Астонского университета в Бирмингеме (Великобритания) Энтони Хилтон (Anthony Hilton) доказал правдивость так называемого правила пяти секунд
09:46
12 Марта 2017
Горячая мантия
Температуру мантии Земли измеряют не напрямую, а с помощью модельных экспериментов: вещество мантии в прямом смысле собирают из разных минералов, а потом доводят его до жидкого состояния (с учетом давления, естественно).
09:28
03 Марта 2017
Ученые создали уникальное лекарство от всех видов рака
Российские ученые завершают доклинические испытания лекарственного препарата, который, как предполагается, будет способен бороться со злокачественными опухолями даже на последних стадиях заболеваний
21:49
01 Марта 2017
Ученые назвали условие существования жизни на новых потенциально обитаемых планетах
Ученые из Корнеллского университета выяснили, что четыре планеты в системе TRAPPIST-1 могут быть благоприятными для жизни