482.59
-0.3
543.3
+1.98
8.53
-0.01
+19
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
11:34
21 Мая 2017
Время не терпит: Стивен Хокинг призвал землян поторопиться с поисками нового дома в космосе
Физик подчеркнул, что искать новый дом за пределами нашей Земли надо уже сейчас
16:15
20 Мая 2017
Бюраканская обсерватория впервые претендует на участие в программе "Горизонт 2020"
Первостепенной задачей Бюраканской обсерватории сегодня является участие в европейской грантовой программе "Горизонт 2020", заявил директор Бюраканской астрофизической обсерватории Арег Микаелян
17:36
18 Мая 2017
Ученые раскрыли новый путь к долголетию
Ученые считают, что результаты исследования помогут узнать, как древние люди сосуществовали друг с другом
11:44
17 Мая 2017
Российский программист Ваган Мартиросян создал технологию для виртуальной примерки обуви
Стартап планирует внедрить технологию к концу года
21:42
16 Мая 2017
Геофизики предсказали извержение супервулкана
Это выяснили геологи из Университетского колледжа в Лондоне и Обсерватории Везувия
20:41
15 Мая 2017
Психологи раскрыли главный парадокс пьяного человека
В ходе эксперимента одна часть испытуемых в течение 15 минут пила безалкогольные газированные напитки, а другая — водку или коктейли
14:15
13 Мая 2017
Ученые назвали возможную причину гибели человечества
Ученые из Канзасского университета выяснили, что сверхновые приведут к массовому вымиранию на планете
10:22
13 Мая 2017
В Интернете массово распространяется опасный вирус-вымогатель
Вирус-вымогатель заразил компьютеры по всему миру
11:54
11 Мая 2017
Владимир Путин намерен запретить иностранные платежные системы в России
Президент России Владимир Путин утвердил Стратегию развития информационного общества до 2030 г. Документ, подготовленный Советом безопасности, придет на смену предыдущему варианту Стратегии, утвержденному в 2008 г
11:16
09 Мая 2017
Армянский химик удостоился престижной награды Королевского химического общества
Труд посвящен разработке нового метода по синтезу молекул, который найдет широкое применение в фармацевтической, тонкой химической и агрохимической промышленности
14:36
05 Мая 2017
Геологи обнаружили в Антарктиде новый гигантский разлом
Ученые считают, что в конце концов ледник "сползет" в океан, образовав гигантский айсберг
21:17
02 Мая 2017
Сейсмологи спрогнозировали сроки и место самого мощного землетрясения на планете
Французские и чилийские сейсмологи спрогнозировали, когда и где произойдет сильнейшее на планете землетрясение