В участке коры, занимающимся координацией движений, нашли более ста типов нервных клеток.
Когда мы говорим о нейронах головного мозга, то редко отдаём себе отчёт, насколько они разные. То есть мы знаем, что они используют различные нейромедиаторы, кто-то вспомнит, что есть нейроны возбудительные и тормозные (которые подавляют активность других нейронов). Нервные клетки коры мозга, к примеру, ещё делят на те, которые выходят за пределы коры, и те, которые образуют соединения только в пределах коры. Однако на самом деле многообразие нейронов намного шире, только для того, чтобы охватить его целиком, нужны колоссальные усилия самых разных специалистов.
Именно для этого в системе Национальных институтов здоровья (NIH) США был организован BICCN, BRAIN Initiative — Cell Census Network, проект, в прямом смысле слова занимающийся переписью клеток мозга (причём слово BRAIN здесь тоже аббревиатура — Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies, то есть исследования мозга с помощью перспективных инновационных нейротехнологий). Усилия более чем 400 исследователей принесли плоды: в журнале Nature вышло 17 статей, в которых описано более сотни типов нейронов. Причём эту сотню типов обнаружили пока только в моторной области коры полушарий, то есть в зоне, которая занимается координацией движений. В другие участки мозга исследователи пока не заглядывали.
Нейроны переписывали сразу в трёх мозгах: в человеческом, в мозге обезьян мармозеток и в мозге мыши — так можно было понять эволюционные изменения, которые происходили с мозгом зверей на уровне отдельных клеток. Самые очевидные критерии, по которым можно систематизировать нейроны, это их расположение, форма и функция. Под расположением понимают не только «прописку» в той или иной зоне мозга. Как известно, кора состоит из нескольких нейронных слоёв-этажей, и есть ещё другие особенности расположения нейронов, так что их точная координата — это довольно сложный параметр. Функцию отчасти можно понять, если проследить, куда идут отростки нейронов, от кого они принимают сигналы и куда посылают.
Но функция — это ещё и характер электрической активности. Нейрон может быть склонен преимущественно к импульсам с высокой амплитудой, или с низкой, или к импульсам с высокой частотой, и т. д. Львиная доля усилий исследователей в BICCN ушла на определение электрофизиологических характеристик отдельных клеток.
Ещё один важный комплекс признаков — молекулярный портрет. Это в первую очередь активность тех или иных генов. У всех нейронов в одном и том же мозге гены одинаковые, но работают по-разному. Активность гена можно определить по количеству РНК, которая синтезируется на нём (как мы помним, генетическая информация сначала копируется с ДНК в РНК, а на РНК уже синтезируется белок, либо же РНК действует сама). Исследователи анализировали активность 258 генов, одновременно определяя место в моторной коре, где находится тот или иной нейрон с той или иной генетической активностью.
Другая важная молекулярная особенность любой клетки — это состояние её эпигенетики. Активность генов зависит от нескольких молекулярных процессов, которые объединены под общим названием эпигенетической регуляции. Например, на ДНК могут появляться и исчезать химические метильные группы, от которых зависит, будет ли ген активен, или же ДНК может быть плотно упакована специальными белками — настолько плотно, что с ней не смогут работать ферменты, считывающие генетическую информацию. Эпигенетические механизмы работают вдолгую, они могут оставаться в одном и том же положении на протяжении всей жизни клетки. Эпигенетические признаки тоже необходимо учитывать, когда мы начинаем систематизировать нейроны.
Как мы сказали выше, типов нейронов насчитали больше ста, но точное число здесь зависит от того, какой критерий выбрать главным. Кроме того, среди разных клеточных типов обнаружилась определённая иерархия. Несколько типов очень чётко очерчены — их клетки демонстрируют одни и те же свойства вне зависимости от того, как мы на них смотрим, каким методом изучаем. И есть другие типы клеток, границы между которыми размыты. То есть у нас, например, есть явно два разных типа нейронов, если смотреть на много нервных клеток в большой совокупности, но одновременно нам попадается много таких нейронов, которые, с одной стороны, принадлежат одному типу, а с другой стороны — другому типу.
Но, так или иначе, значимость работы всё равно такова, что портал Science называет новый атлас нейронов «Розеттским камнем нейробиологии» (напомним, что Розеттский камень помог расшифровать значения древнеегипетских иероглифов). С такой подробной классификацией нейронов можно, например, ответить на чрезвычайно интересный вопрос, как меняется нервная клетка с возрастом — скажем, может ли нейрон, долго чему-то учившийся, перейти из одного типа в другой? И, разумеется, с новыми типами нейронов и новыми методами, которые были разработаны для этой работы, будет проще изучать нейроны в других зонах мозга.
Автор: Кирилл Стасевич