Секретная «подземка»: в мозге обнаружили новую глобальную систему связи

Группа нейробиологов из Медицинской школы Гроссмана Нью-Йоркского университета (США) совместно с рядом коллег обнаружила в мозге мышей доселе неизвестную систему связи, состоящую из астроцитов. Статья с результатами исследования была опубликована в журнале Nature.

Обычно мозг описывают как сеть нервных клеток (нейронов), которые обмениваются информацией, посылая друг другу на большие расстояния электрические сигналы с помощью длинных отростков, называемых аксонами. Нейроны поддерживаются другим типом клеток мозга — звездообразными астроцитами, которые заполняют пространство между нейронами, защищают их, доставляют им питательные вещества и выводят химические «отходы».

Результаты исследования на мышах показали, что астроциты, подобно нейронам, тоже образуют разветвленные, организованные сети связи. Эти астроцитарные пути соединяют между собой отдаленные регионы мозга. Более того, в некоторых случаях астроцитарные сети соединяют области, между которыми даже не проложены нейронные связи.

В отличие от нейронов, астроциты не имеют аксонов. Вместо этого они покрыты гораздо более короткими отростками, которые и придают им звездообразный вид. В местах соединения одного отростка астроцита с другим образуются крошечные каналы, называемые щелевыми контактами, которые соединяют две клетки, позволяя им обмениваться сигналами, а также кальцием и глюкозой, что необходимо для нормальной работы мозга.

До сих пор ученые не отслеживали, насколько далеко могут простираться цепочки соединенных астроцитов — было принято считать, что это очень локальные сети. Теперь же исследователи составили трехмерную карту астроцитарных сетей, показавшую, что они связывают полушария мозга, позволяя астроцитам обмениваться друг с другом сигналами на больших расстояниях.

Для этого ученые использовали безвредный вирус для доставки «сетевых меток» в астроциты отдельных областей мозга лабораторных мышей. Эти маркеры метили небольшие молекулы, проходившие через щелевые контакты, что позволяло команде увидеть, какие клетки являются частью одного и того же сигнального пути.

Затем исследователи подсветили мышиный мозг с помощью специализированного флуоресцентного микроскопа и получили трехмерные изображения связей каждого помеченного астроцита. Проделав это на сотнях мышей, ученые смогли составить карту астроцитарных сетей в разных областях мозга.

При этом у мышей с генетически модифицированными астроцитами, лишенными щелевых соединений, коммуникационные сети практически исчезли. Это указывает на то, что связи между астроцитами зависят от этих «мостиков».

Еще одним важным открытием стало то, что сети астроцитов пластичны и динамичны. Когда исследователи подстригли вибриссы на одной стороне морды мышей, то астроцитарный сигнальный путь от области, обрабатывающей тактильные ощущения от вибрисс, уменьшился, а затем переподключился к другим партнерам-астроцитам.

«Более века нейробиологи считали нейроны главными действующими лицами в мозге. Однако наши результаты показывают, что астроциты, которые обычно рассматриваются лишь как вспомогательные клетки, также образуют свои собственные широко распространенные сигнальные пути, добавляя еще один уровень к связности различных областей мозга», — отметила ведущий автор исследования Мелисса Купер, добавив, что подобные сети, вероятно, существуют в мозге других животных, включая приматов.

Она и ее коллеги планируют в дальнейшем изучить, как астроцитарные сети изменяются в процессе развития и старения мозга, а также при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.

А о том, как можно прокачать мозг, чтобы сохранить ясность мышления в любом возрасте, мы рассказывали здесь.