Как работает мозг?

Иметь возможность наблюдать за тем, как миллионы нейронов взаимодействуют друг с другом — мечта любого нейробиолога. Новый метод, предложенный учеными из Мюнхенского центра Гельмгольца (Helmholtz Zentrum München ) и Мюнхенского технического университета (Technical University of Munich), впервые дал возможность воплотить эту мечту в жизнь. Специалисты смогли увидеть, как активируются нейронные цепи в мозге рыбы — в реальном времени и трех измерениях.

Для того, чтобы понять, как действуют многие функции мозга, недостаточно изучать работу отдельных нейронов. Нужно наблюдать за взаимодействием огромных групп этих клеток — как они передают сигналы внутри и вне групп. Обычно для этого использовалась оптическая микроскопия, но у этого метода есть большой минус — ограниченная глубина проникновения. Группа ученых под руководством профессора Даниэля Разански (Daniel Razansky) предложила новый неинвазивный способ исследования живых тканей на глубине до 1 см, в основе которого лежит оптоакустика. Один из авторов научной работы, Хосе Луис Деан-Бен (Xosé Luis Deán-Ben), пояснил: «Мы открыли, что оптоакустика может быть чувствительна к изменениям в концентрации ионов кальция, обусловленным активностью нейронов, и создали быстродействующее устройство для проведения функциональной оптоакустической томографии, которое может одновременно записывать сигналы огромного количества нейронов».

В ходе экспериментов с мозгом рыбы данио-рерио (Danio rerio) ученым действительно удалось впервые в реальном времени заснять, как работают нейроны, преодолев существовавший до этого барьер. Кроме того, новая техника позволила отследить нейронную активность живых особей в ходе естественного движения.

Оптическая микроскопия позволяет сделать снимок приблизительно кубического миллиметра мозга. Мозг взрослых рыб, за которыми наблюдали ученые, достигал объема примерно в 24 кубических миллиметра (2х3х4 мм), и с помощью новой техники группа профессора Разански смогла записать сигналы мозга каждой особи целиком. Исследователи заявили, что их метод позволяет анализировать область объемом до 1 тысячи кубических миллиметров со снятием сигнала через каждые 10 миллисекунд.

Возможность наблюдения за активностью нейронов крайне важна для понимания, как работает мозг в здоровом и больном состояниях. Даниэль Разански сравнил открытую им и его коллегами технику с социальными сетями — если раньше кто-то (в данном случае нервная клетка) мог передать сообщение только соседу лично — то сейчас информация распространяется со скоростью лесного пожара. Новый инструмент позволит разобраться в том, как работает мозг, в его патофизиологии, а также поможет разработать новые методы терапии неврологических и психиатрических расстройств.