Какво представляват зомби невроните и как помагат на мозъка да учи?

Мозъкът е най-сложният орган в човешкото тяло. Неговата структура и функциониране повдигат огромен брой въпроси, чиито отговори учените събират от години. Така например знаем, че мозъчната структура, която играе ключова роля в обучението (малкия мозък), върши перфектно своята работа. Само че механизмът, по който се случва този процес, не е напълно изяснен. Освен това изследователите продължават да правят невероятни открития и дори да откриват неизвестни досега неврони в мозъка. Екип от учени от португалската фондация „Шампалимо“ (Champalimaud Foundation) е открил така наречените „зомби неврони“. Предполага се, че те помагат на мозъка да учи. И не, „зомби невроните“ не са чудовища или опасни клетки, а функционално живи клетки, които по някаква причина спират да взаимодействат нормално с другите клетки. В същото време те помагат на малкия мозък да си върши работата.

„Зомби невроните“ и плодовите мушици

През 2020 г. изследователи от Университета в Лозана (UNIL) и Института за химическа екология „Макс Планк“ изследват мозъците на плодовите мушици (Drosophila melanogaster) в опит да предотвратят смъртта на невроните по време на растежа на мозъка. В работата, публикувана в списание Science Advances, се посочва, че когато клетъчната смърт бъде спряна, в мозъка се развиват нови невронни връзки, чиито функции и свойства не са идентични с тези на съществуващите неврони.

Това означава, че предотвратяването на невронната смърт по време на растежа на мозъка при плодовите мушици превръща така наречените „зомби клетки“ във функциониращи неврони. Когато неврони, които нормално умират, са защитени от апоптозата (клетъчното самоубийство), те се превръщат в т.нар. зомби неврони.

„По време на развитието на мозъка голям брой неврони се саморазрушават като част от важен регулаторен механизъм, който премахва излишните клетки. В някои области на човешкия мозък апоптозата засяга около 50% от невроните“,

отбелязват авторите на новата научна работа.

В своята научна работата си учените потискат генетично последния етап на апоптозата в невроните на обонятелната система на мухите. По този начин те установяват, че спасените „клетки-зомбита“, които иначе биха били унищожени, се превръщат във функциониращи обонятелни неврони, способни да разпознават миризми. По този начин, според съавтора на изследването Лучия Прието-Годино, апоптозата е един от факторите, отговорни за това как комарите и плодовите мушици се адаптират към различни местообитания с течение на времето.

„От еволюционна гледна точка нашите резултати показват, че промените в модела на клетъчна смърт в нервната система могат да позволят на даден вид да се адаптира към новите условия на околната среда. По този начин се улеснява еволюцията на нови популации неврони с нови структурни и функционални свойства“,

казва Ричард Бентън, един от авторите на научния труд.

Малкият мозък, обучението и клетките на Пуркиние

Сега учени, изследващи ученето при мишките, случайно са се натъкнали на „зомби неврони“. И са открили каква точно роля играят те в този процес. В статия, публикувана неотдавна в Nature Neuroscience, се казва, че става въпрос за малкия мозък. Както и за начина, по който той усвоява информацията от околната среда.

Обърнете внимание, че невролозите спорят от повече от половин век за това как точно малкият мозък – ключовата част на мозъка, участваща в контрола на движението и ученето – всъщност се учи. Водещата теория предполага, че сигналите за учене се предават по пълзящи влакна към кората на главния мозък. По този начин се предизвикват дългосрочни промени в клетките на Пуркиние. Това са основните изходни клетки на малкия мозък.

Въпреки това няма категорични доказателства за „хипотезата за пълзящите влакна“. Въпреки че някои проучвания предполагат, че промените в производството на клетките на Пуркиние сами по себе си, без участието на пълзящите влакна, могат да насърчат ученето.

Поразително е, че резултатите от новото проучване предоставят убедителни доказателства, че пълзящите влакна всъщност осигуряват необходимите сигнали за обучението на мозъчните клетки. С помощта на оптогенетика, при която клетките се контролират чрез светлина, и задачи за учене, изпълнявани при мишки, изследователите успяват да докажат ключовата роля на пълзящите влакна в този процес.
Нещо повече, активността на пълзящите влакна е просто необходима и дори достатъчна за една от формите на асоциативното учене. Но какво общо има това със „зомби невроните“?

„Зомби невроните“ помагат при ученето

Именно тук започва най-интересното. Опитвайки се да разберат как точно се учи малкият мозък, учените разглеждат „зомби клетките“, които се появяват след инжектиране на мишки със светлочувствителния протеин родопсин-2 (ChR2). Това е част от оптогенетична манипулация, при която се появяват зомби клетки по влакната.

Казано на малко по-прост език, под въздействието на ChR2 „зомби невроните“ все още са били активни. Но съобщенията, които те изпращат на нормалните клетки, не са били предавани. По същество тези електрически импулси по някакъв начин се изключвали от другите невронни връзки, което лишавало мишките от способността да учат.

Оказва се, че въвеждането на ChR2 в пълзящите влакна променя естествените им свойства, като им пречи да реагират правилно на стандартните сензорни стимули, като например полъхът на въздух.

Резултатите от новата научна работа ни дават много по-точна представа за това как протича обучението в малкия мозък при мишките. И като се има предвид сходството между мозъците на мишките и хората, може да се предположи, че става въпрос за едни и същи процеси.