Tag Archives: нейроны

В то время, когда космические корабли бороздят…

Russian American Research Symposium в Цифровом ОктябреБыл сегодня на Russian American Research Symposium в Цифровом Октябре. Заинтересовался двумя выступлениями – одна про мозг-компьютер интерфейс Александра Каплана из МГУ (но лекция не состоялась). А вот другое выступление, Эда Бойдена (Ed Boyden) из MIT – Understandng and Engeneering Brain and Mind произошла, хоть и онлайн. Крутые вещи делают: например: для изучения структуры нейронных связей требуется большое увеличение, поэтому они придумали прикреплять срез ткани мозга к полимеру, который затем погружают в воду. Полимер увеличивается в размерах в 5-6 раз, а вместе с ним — и ткань. Качество и детализация снимков значительно улучшается.

Другая его тема была связана с оптогенетикой. Потрясающие истории – например, они могли «успокоить» мышь, воздействуя светом на небольшую группу нейронов. Сегодня, сказал Эд, три компании хотят лечить слепоту, используя оптогенетику. Например, таким способом – пациент надевает очки с камерой, и очки посылают световые сигналы в глаз человека, активируя нейроны для обработки этой информации. Похоже отчасти на методы замещения чувств в стиле Пола Бакариты, когда видео сигналы преобразовывались в электрические на пластинке, которая помещалась на язык. Круто, очень круто.

rTMSНа прошлой неделе заскочил на выставку Здравоохранение, видел стенд компании Нейрософт из города Иваново. Вот, на картинке слева – хорошенький, блестящий и пощелкивающий rTMS (кто-то меня спрашивал недавно). Стоит недорого – от 450 тыс. рублей в базовой комплектации. Порадовало, что наша компания делает множество классных штуковин. Так что Иваново – город не только невест ).

Ну и конечно, ни одна выставка не обходится без духовных скреп – они пролазят везде! Были там и продавцы ауры в разлив, и меда (какая выставка В России без него?) и магнитных рефлексотерапий, и даже цаппера (я думал он давно канул в лету, ан нет!) – «могущественного» средства для лечения всех болезней с помощью электричества, но в особенности для изгнания глистов. zapperКак видно по одинокому продавцу, паразиты, кажется, побеждают.


Кролик vs Меган Фокс: кто возбуждает нас быстрее и сильнее?

Амигдала и префронтальная кораНедавнее исследование, в продолжение заметки Когда последний раз вы видели пантеру?

Ученые (Mormann et al., 2011) проанализировали работу 489 нейронов у 41 пациента, проходящих операцию на открытом мозге, в их реакции на определенные категории. Они обнаружили специфическую реакцию на фотографии животных в правой миндалине (у человека две миндалины) мозга. Миндалина (amygdala) считается ответственной за эмоцию страха и регуляцию поведения. Она ответственна за то, что мы отпрыгиваем от сучка в лесу, считая, что это змея. Миндалина учит нас выживать.

41 пациент проходили операцию по удалению части мозга, которая приводила к электрическому шторму в голове, к эпилепсии. Поскольку некоторые виды эпилепсии не поддаются медикаментозному лечению, к сожалению, это единственный выход, чтобы дать человеку нормально жить. И поскольку мозг уже открыт, и есть время, это дает иногда возможность ученым использовать такую ситуацию для изучения каких-то особенностей. Ученые записывали данные с 1500 нейронов, расположенных в миндалине, гиппокампе (hippocampus) и в энторинальной области коры (entorhinal cortex), областях, расположенных в medial temporal lobe.

И только правая миндалина, и никакие другие регионы, отвечала на картинки с животными. Эти изображения вызывали значительное возбуждение, в сравнение с картинками людей, в основном знаменитых, достопримечательностей или объектов (инструментов и еды).

Нейроны миндалины не только так бурно реагировали на животных, они еще и делали это крайне быстро – средняя латентность составила 324 миллисекунды. Образы животных крайне важны для нас, и миндалина специфически настроена на них. Интересно, что разницы в скорости распознавания животного, в зависимости от типа, замечено не было – будь то кролик или удав.

Это опять возвращает нас к объяснениям эволюционной психологии – замечать хищника, с одной стороны, и замечать дичь, с другой – очень важны для нас как жертвы и как хищника, для выживания. Казалось бы, сегодня гораздо больше проблем можно избежать, если уметь различать оружие под курткой у потенциального противника, нежели змею в траве, особенно для городского жителя.

Mormann, F., Dubois, J., Kornblith, S., Milosavljevic, M., Cerf, M., Ison, M., Tsuchiya, N., Kraskov, A., Quiroga, R. Q., Adolphs, R., Fried, I., & Koch, C. (2011). A category-specific response to animals in the right human amygdala. Nature Neuroscience, advance online publication. Doi:10.1038/nn.2899.


Пластичность мозга, вызываемая тренировками памяти

Нейропластичность, вызываемая тренировками памятиЕще одно важное исследование, показывающее пользу тренировок для мозга, опубликовано недавно в журнале  Brain канадскими учеными (Belleville et al., 2011).

Человеческий мозг начинает терять свою массу, с 20-ти летнего возраста, и потери могут составить от 5 до 10%, по достижении преклонного возраста. Несмотря на постоянную потерю нейронов, мозг компенсирует ущерб двумя уникальными механизмами: нейропластичностью и избыточностью своих нейронных сетей. Пластичность мозга – это его способность реорганизовываться и изменяться. Ранее считалось, что пластичность исчезает с возрастом, но это верно только отчасти – эта способность в детском возрасте поистине фантастична, однако, и в 90 лет мозг может изменяться.

Гипотеза ученых была такова: некоторые регионы мозга, не задетые старческими ухудшением, могут помогать или брать на себя функции других поврежденных регионов, посредством тренировки памяти.

30 пожилых участников были разделены на две группы: здоровые  и с легкими когнитивными нарушениями (mild cognitive impairment или MCI). Были произведены тесты на память и съемка томографии за шесть недель до начала тренировок, за неделю до начала тренировок, и через неделю после окончания тренировок. У всех участников до начала тренировок тесты на память показывали активацию регионов, традиционно связанных с этой функцией. У людей с MCI активация была, соответственно, уменьшена.

Ученые использовали функциональную магнитную томографию, и смогли увидеть диверсификацию нервных клеток – те стали участвовать в активности, ранее им не свойственной. После эксперимента участники с легкой формой когнитивных нарушений стали на 33% лучше решать тесты на память. А именно у таких людей в 10 раз более вероятно проявление болезни Альцгеймера.

Улучшение памяти у двух групп участниковНа графике показано улучшение памяти у двух групп участников (Belleville et al., 2011). Как вы видите, улучшения есть у всех.

После тренировок, новые регионы мозга стали включаться в работу: обработки языка, пространственной памяти и способность распознавания, и зона обучения новым навыкам. Здоровая часть мозга стала помогать поврежденной.

Результаты исследования чрезвычайно важны – они означают, что мы можем, тренируя свой мозг, компенсировать нарушения работы мозга, вызванные старением, и, по крайней мере, отсрочить наступление катастрофических последствий, типа болезни Альцгеймера.

Belleville, S., Clement, F., Mellah, S., Gilbert, D., Fontaine, F., & Gauthier, S. (2011). Training-related brain plasticity in subjects at risk of developing Alzheimer’s disease. Brain. Journal of Neurology. First published online. Doi:10.1093/brain/awr037.


Гулять пешком полезно для мозга

Шагающий пожилой человекИсторик Джордж Макалэй Трэвилиян (1876-1962) написал в 1913 году, что у него есть “два доктора: моя правая нога, и моя левая нога” (Wainwright, 2010). И, видимо, он был прав, прожив 86 лет.

Большая группа ученых из многих университетов США опубликовала в престижном журнале Neurology (Erick­son et al., 2010) результаты очень оптимистичного исследования.

Две гипотезы были рассмотрены:
1) физическая активность является защитной для нейронов, увеличивая объем серого вещества в головном мозге, и

2) объем серого вещества уменьшается с возрастом, приводя к ухудшению когнитивных функций.

Данные 299 пожилых людей (средний возраст 78 лет) из Питтсбурга, штат Пенсильвания, США, были взяты из долгосрочного исследования (Cardiovascular Health Cognition Study) и использованы для сравнения объема серого вещества, уровня физической активности и ухудшения когнитивных функций. Физическая активность измерялась в количестве кварталов, пройденных пешком человеком в течение одной недели. Через 9 лет были проведены еще серии замеров, а измерения когнитивных функций — через 13 лет после начала.

Уровень физической активности у людей был от ноля до 300 кварталов в неделю. 72 квартала в неделю оказалось необходимым порогом, при котором увеличение серого вещества было зафиксировано. Эффект был замечен в основном в префронтальных и височных регионах мозга, включая гиппокамп, отдел мозга, связанный с памятью.

Исследователи использовали именно кварталы, но, почитав внимательно, я вычислил, что 72 питсбургских квартала равны приблизительно 15 км. Однако большее количество прогулок не привело к дальнейшему росту объема серого вещества. Увеличение объема серого вещества предположительно снизило риск для ухудшения когнитивных функций в 2 раза.

Итак, если мы будем  ходить 15 километров в неделю, мы значительно упрочим здоровье своего мозга.

Erickson, K. I., Raji, C. A., Lopez, O. L., Becker, J. T., Rosano, C., Newman, A. B., Gach, H. M., Thompson, P. M., Ho, A. J., & Kuller, L. H. (2010). Physical activity predicts gray matter volume in late adulthood: The Cardiovascular Health Study. Neurology, WNL.0b013e3181f88359.

Wainwright, M. (2010). Walking could protect brain against shrinking, US research says. Guardian, 14 October 2010.


Про паразитов, но уже не только о них

Robert SapolskyНе зря говорят, что когда на биологическом факультете идет тема паразитов, многие изучают это с отвращением, а некоторые, пораженные извращенными манипуляциями этих микроскопических тварей, всерьез увлекаются и становятся паразитологами. Я не хочу стать паразитологом, и, пока не поздно, буду закругляться. Просто вчера мы говорили о кузнечиках, а сегодня я планировал поговорить о рыбах, но не буду. Там творятся не менее чудесные манипуляции.

Эта статья основана на выдержках из интервью и статьи Роберта Сапольски (2003, 2009), известного ученого, посвятившего практически всю свою жизнь изучению приматов и стресса. Он автор таких книг как Why Zebras Don’t Get Ulcers и A Primate’s Memoir: A Neuroscientist’s Unconventional Life Among the Baboons, Monkeyluv: And Other Essays on Our Lives as Animals и The Trouble With Testosterone: And Other Essays On The Biology Of The Human Predicament, и других книг, а также очень интересных лекций, которые я настоятельно рекомендую. Сапольски является профессором биологии Стэндфордского университета и профессором неврологии Стэндфордской Школы медицины.

Для начала, еще несколько поразительных примеров работы паразитов:

Морской рачок прицепляется на спину краба и вводит тому гормоны эстрогена. Эти гормоны делают поведение краба женским, краб выходит на сушу и роет ямку для того, чтобы сделать гнездо и отложить яйца. Понятно, что откладывать ему нечего, а морскому рачку есть, и краб делает титаническую для рачка работу. Это то, что происходит с мужскими особями краба. А с самками происходит то же самое, плюс паразит уничтожает ее яичники, чтобы она не отвлекалась на собственную беременность. Это что мы уже видели ранее – паразитарная кастрация (Sapolsky, 2003).

Оса Ampulicidae, или таракановая оса, жалит таракана в нервный узел в груди, парализуя его на 2-5 минут. За это время оса готовится ко второму укусу, который предназначен уже в голову тарана. Это, помимо прочих вещей, полностью уничтожает у него рефлекс опасности, и, когда он пробуждается после паралича, он уже не пытается убежать или сопротивляться. Затем оса тащит таракана в нору, где она отложит свои яйца прямо в жертву. И организм таракана не отторгнет инородное тело, потому что в укусе содержится вирус, подавляющий иммунную систему таракана.  Когда из яиц вылупятся личинки, они будут есть этого таракана, но так, чтобы он оставался как можно дольше живым.

Но это все у них. А что же у нас, у млекопитающих? Токсоплазмоз.

Испытания, выпавшие на долю Toxoplasma gondii (T. gondii), нелегки. Паразит живет в грызунах, однако половое созревание и размножение он может совершить только в желудочно-кишечном тракте кошки. Паразиту надо, чтобы грызун попал в кошку. Конечно, эту задачу можно решать множеством способов – сделать грызуна вялым или обездвижить его, но токсоплазма подходит к делу творчески.

Если взять лабораторную мышь, чьи 5000 поколений были лабораторными мышами, и познакомить ее с кошкой, просто капнув каплю кошачьей мочи в центр клетки, то мышь забьется в угол. Эта мышь никогда не видела, не слышала и не нюхала кошки, но ее вшитая программа бояться хищника просыпается в несколько миллисекунд и меняет ее поведение. Если эту же мышь заразить токсоплазмозом, она, напротив, будет тянуться и с наслаждением вдыхать запах кошачьей мочи. Этот маленький паразит знает, как сделать так, чтобы тот же самый запах мочи кошки казался мышке привлекательным. Мышь готова нюхать его снова и снова, и теперь ей уже гораздо легче оказаться в животе у кошки. Этот удивительный факт был обнаружен исследователями в Англии несколько лет назад, но с тех пор мало что стало известно о механизме такого изменения поведения, причиняемого паразитом (Sapolsky, 2009).

Лаборатория Роберта Сапольски пытается разобраться в этом механизме. Они установили что, в общем и целом, мышь не меняется – не меняется ее социальное поведение, ее обоняние, ее когнитивные функции, ничего такого, чтобы можно было сказать, что паразит свел ее с ума. Предполагалось также, что токсоплазма каким-то образом влияет на зону мозга, отвечающую за страх, и это делает мышь бесстрашной. Однако и это оказалось неверно. Мышь – ночное животное. Она боится открытых пространств, яркого света, и эта ее система работает безупречно. Каким-то образом токсоплазмоз влияет только на часть пугающих стимулов – запах хищника.

Когда мышь заражается токсоплазмозом, проходит около шести недель, когда паразит мигрирует в нервную систему. Он формирует цисты в мозге, и первоначально казалось, что делает это спорадически, где придется. Более внимательное наблюдение же показало, что цисты формируются около миндалевидного тела (amygdala) – именно того участка мозга, который отвечает за инстинкты страха. Далее эти цисты берут и уничтожают дендриты нейронов в миндалевидном теле. Но не все, а лишь некоторые, меняя схему соединений нейронных сетей. Каким–то образом только фрагмент, отвечающий за страх кошки! Но ведь не просто отсутствие страха перед кошкой, а ее привлекательность для мыши.

Исследование цепи нейронов, отвечающих за страх перед хищником, показало, что она пересекается с другой цепью, отвечающей за сексуальное возбуждение. Когда мы берем нормальную мышь и даем ей понюхать кошачью мочу, мы можем наблюдать типичную стрессовую реакцию. Уровень гормонов стресса повышаются. Зараженная токсоплазмозом мышь не проявляет такой реакции. Цепь страха не активируется, а активируется сеть сексуального влечения. Токсоплазмоз знает, где и как перехватить и изменить эту цепь. И когда самец мыши, зараженный токсоплазмозом, нюхает запах кошки, его яички становятся больше. Ну, вот казалось бы и ответ! Токсоплазмоз переписывает сексуальные влечения мыши и делает кошку привлекательной в сексуальном плане!

Лаборатория Сапольски совместно с коллегами в университете Лидс, Великобритания, стали смотреть на геном токсоплазмы. Вообще-то, люди и эти паразиты когда-то миллиарды лет назад были родственниками. Геном токсоплазмы имеет две версии гена тирозина гидроксилазы. Тирозин гироксилазы – очень важный энзим для производства допамина. Допамин, как вы знаете, это нейротрансмиттер в головном мозге, отвечающий за вознаграждение и предвосхищение наслаждения. Кокаин работает в допаминовой системе. Допамин – это наслаждение, влечение и предвосхищение такого наслаждения и удовольствия. И токсоплазма, оказывается, имеет ген, который есть только у млекопитающих. Который делает этот допамин! Поэтому когда циста токсоплазмы размещается в мозгу мышки, ей только и остается что активировать этот ген, и пустить по захваченным нейронам свежее произведенный энзим для выработки допамина!

Это очень специфично – потому что исследователи стали смотреть на паразитов, родственных токсоплазме – есть ли и у них такое? Оказалось, что нет! У нас, кроме допамина, есть еще и серотонин, ацетилхолин, норадреналин и так далее. Есть ли они у токсоплазмы? Нет. Что насчет других животных? Что делает токсоплазмоз людям? Если токсоплазмозом заражается беременная, этот паразит внедряется в нервную систему плода, и это очень и очень плохо. Это может привести к умственной недоразвитости, эпилепсии или слепоте, или еще перечню суровых заболеваний. Обычный человек, зараженный паразитом, может не ощущать ровным счетом ничего. Болезнь протекает асимптоматично. Скучно, до тех пор, пока циста не захватит нейроны в головном мозге и не включит ген, производящий тирозин гидроксилазы.

Мужчины становятся слегка более импульсивны. Две группы исследователей опубликовали недавно отчеты, что мужчины, зараженные токсоплазмозом, в 3-4 раза более склонны погибнуть в автомобильных авариях вследствие безрассудной езды и превышения скорости. Токсоплазма не имеет никаких особых заданий или целей по отношению к человеку – ей не надо, чтобы нас съели кошки. Похоже, этому паразиту ничего от нас не надо. Зараженные этим паразитом люди ведут себя так, как побочный продукт жизнедеятельности токсоплазмы. Паразита, который знает больше о механизме страха и сексуального влечения человека, чем мы все вместе взятые.

Возьмите вирус бешенства. Он знает больше об агрессии и бешенстве, чем все ученые мира. Он знает, как заставить зараженного им человека скатиться с катушек и пытаться укусить кого-то, чтобы через это укус перейти к другой жертве. И теперь подумайте о том, что это стало известно нам сравнительно недавно, и мы ровным счетом ничего не знаем ни о полном механизме, ни о других паразитах. Можете ли вы утверждать, что наше поведение зависит только от нашего сознательного контроля?

Что же касается инфекции токсоплазмоза у людей, то существует довольно четкая картина его распределения по миру. В тропиках порядка половины населения инфицировано. В более холодных регионах частота заражения ниже. Франция, однако, почему-то имеет высокий процент заболеваний. В развивающихся странах, инфицированность высока, в основном, за счет низких стандартов гигиены.

Однажды, рассказывает Роберт Сапольски (2009), он сидел и изучал документы по токсоплазмозу в госпитале, в котором он работает. Коллеги не слышали о феномене изменения поведения под влиянием этого паразита, и он стал им рассказывать. Вдруг один пожилой врач подскочил и говорит, «Я помню, что когда я был резидентом, и был на практике по трансплантации, опытный старый хирург сказал, что когда забираете органы у погибшего мотоциклиста, обязательно проверяйте органы на токсоплазмоз. Я не знаю почему, но обычно вы найдете там полно этого паразита». Представляете себе такой факт?  И я когда рассказываю эти вещи про токсоплазмоз, зачастую слышу в ответ такие же «Ах! Вот оно как!». Например, девушка знакомится молодым человеком и замечает, что с ним невозможно ездить на машине: он гоняет как полный придурок, и совершает безрассудные маневры. А его мать всю жизнь помешана на кошках и превратила свою квартиру, подъезд и все к нему прилегающее в царство кошек. Я уверен, что и вы теперь сможете либо замечать, либо вспомнить что-то подобное.

Вы можете себе представить позитивную сторону такого изменения поведения? Потому что американские военные, безусловно, увидели. Они официально исследуют токсоплазмоз. И вы теперь понимаете, зачем.

Существует большая литература, показывающая статистическую связь между токсоплазмозом и шизофренией. Не очень большая связь, но есть. Шизофреники имеют более высокий процент инфицирования токсоплазмозом. Предполагается связь между шизофренией у человека и его матерью, которая во время беременности имела кошку.

Уровень допамина очень высок у шизофреников. У грызунов, зараженных токсоплазмозом, также уровень допамина высок. И вот берете вы мышь, которая заражена этим паразитом, и которая сходит с ума от любви к запахам кошки, и даете ей лекарство, блокирующее допаминовые рецепторы – то самое лекарство, которое дают шизофреникам, и мышь становится сама собой.

И каждый раз, когда о токсоплазмозе говорится в прессе, встает образ безумной тетушки, живущей в квартире с 40 кошками.

Sapolsly, R. (2003). Bugs in the Brain. Scientific American, 288(3), 94.

Sapolski, R. (2009). Toxo, Edge, 4 декабря 2009. Retrieved from:  http://edge.org/3rd_culture/sapolsky09/sapolsky09_index.html#video.