Канделябр повышает внимание

Оптическая активация клеток-канделябров стимулирует мозговую деятельность

Улучшить внимание и ускорить мышление теперь можно с помощью лазерного луча, фокусируемого на генетически измененных клетках-канделябрах. Активация этих тормозных клеток существенно уменьшает фоновый электрический «шум» коры головного мозга, позволяя сконцентрироваться на главном.

Улучшить внимание, память, концентрацию и прочие когнитивные способности можно практически в любом возрасте за счет систематических упражнений, взвешенного рациона и периодического массажа области шеи. Самый же простой и эффективный способ, правда не всегда самый безопасный, — это допинг: препараты, улучшающие кровоснабжение мозга или способствующие должной настройке нейронов.

Карл Дейссерот из Стэнфордского университета (внесен Минюстом в перечень нежелательных в России организаций) и его коллеги пошли дальше:

гениальность у подопечных мышей они вызывали, засвечивая отдельные клетки коры головного мозга.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "click": "on",
    "id": "2466852",
    "incutNum": 1,
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_2979605_i_1"
}

В основе их эксперимента лежит продемонстрированный в прошлом году феномен «оптической активации нейронов». Смысл достаточно прост: в геном клетки встраивают участок ДНК, кодирующий светочувствительный ионный канал, наподобие тех, которые есть в наших колбочках и палочках. Однако из-за большей «простоты» в подобных экспериментах используют опсины водорослей и бактерий, которые при засвечивании начинают пропускать ионы через мембрану, меняя тем самым ее потенциал. В результате обычный нейрон превращается в фоторецепторную клетку, но при этом сохраняет и все свои предыдущие функции, будь то возбуждение мышц или передача импульса другим нервным клеткам.

Эти вставочные нейроны и стали объектом для исследования Дейссерота, результаты которого опубликованы в Nature. В отличие от моторных, управляющих работой мышц, вставочные нейроны очень многообразны как по функции, так и по строению.

Особенно в коре больших полушарий: добрый десяток разных типов нейронов здесь упакован в шесть слоев.

Именно такая организация позволяет формировать сложные нейронные сети, не просто передающие, но и обрабатывающие информацию. И управляющую роль в этих сетях зачастую играют не активирующие нейроны, а тормозные, которые замедляют передачу импульсов и тем самым «концентрируют» сигнал.

Клетки-канделябры

ГАМКергические интернейроны коры головного мозга, образующие характерные продолговатые аксо-аксональные соединения исключительно с начальными сегментами аксонов пирамидальных клеток. Так называемые «картриджи» — аксональные терминали, окутывающие начальные сегменты пирамидальных аксонов, напоминают свечи и придают нейронам вид канделябра.

Клетки-канделябры содержат кальций-связывающий белок парвальбумин и способны к быстрой генерации импульсов. Для идентификации картриджей используется их специфическая иммуннореактивность к транспортному белку GABA transporter-1 (GAT-1). GAT-1 обеспечивает обратный захват ГАМК в терминали. Изначально считалось, что клетки-канделябры оказывают тормозное действие на пирамидальные нейроны. Позже было установлено, что в некоторых случаях ГАМКергическое воздействие этих клеток может быть возбуждающим.

При шизофрении в клетках-канделябрах наблюдается 40-процентное уменьшение плотности аксональных терминалей и снижение содержания фермента GAD67, необходимого для синтеза ГАМК.

В коре больших полушарий роль возбуждающихся элементов выполняют пирамидальные клетки, а роль ингибирующих — клетки-канделябры, богатые белком парвальбумином. Дейссероту и его коллегам впервые удалось избирательно активировать «канделябры» светом за счет вышеописанного феномена «оптического возбуждения». Результат проявился моментально: усилились гамма-волны (30–80 Гц) на электроэнцефалограмме, которые и считаются проявлением мозговой активности.

Ингибирование же клеток-канделябров эту самую гамма-активность резко снижало, приводя к появлению характерного шума, вызванного чрезмерным и нерегулируемым возбуждением пирамидальных и прочих клеток.

Этот шум замедляет проведение информации от органов чувств и другие мыслительные процессы, и наоборот — в его отсутствии внимание и когнитивные функции существенно возрастают.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "click": "on",
    "id": "2917833",
    "incutNum": 3,
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_2979605_i_3"
}

Кристофер Мур из Массачусетского технологического института не без помощи Дейссерота смог продемонстрировать еще несколько интересных фактов. Авторам второй публикации в том же выпуске Nature удалось доказать положительный эффект оптически раздраженных «канделябров» на проведение электрических импульсов от рецепторов в основании мышиных усов. Кроме того, Мур, поочередно возбуждая несколько типов клеток, подтвердил, что ключевую роль играют именно эти парвальбумин-содержащие нейроны.

Обе исследовательские группы рассчитывают на скорое практическое применение общего открытия. Вскрывать череп друг другу и доводить собственный мозг до абсолютного совершенства ученые не собираются, а вот помочь шизофреникам, у которых страдают именно клетки-канделябры, — вполне. Ведь «активация канделябром» повышает производительность всей коры, а не только региона, отвечающего за распознавание игральных карт.