У крыс обнаружили нейронный «одометр»

Механический автомобильный одометр.

Фотография: Wikimedia Commons

Группа нейрофизиологов из Бостонского университета обнаружила, что grid-нейроны, расположенные в медиальной энторинальной коре головного мозга, помимо своей основной функции являются еще и своеобразным «одометром». Эти нервные клетки кодируют пройденную животным дистанцию и затраченное на ее преодоление время, что позволяет интегрировать оба показателя, создавая пространственно-временную схему в памяти и помогая ориентироваться в том или ином месте, не полагаясь на визуальные сигналы. Работа опубликована в журнале Neuron.

Открытые нобелевскими лауреатами 2014 года супругами Эдвардом и Мей-Брит Мозерами grid-нейроны или нейроны координационной сетки находятся в разных слоях медиальной энторинальной коры. Эти нейроны реагируют на перемещение животного в пространстве, причем пространственная карта их «срабатываний» представляет собой периодическую решетку с узлами в вершинах равносторонних треугольников. При этом grid-нейроны активируются даже в том случае, если какая-либо визуальная информация полностью отсутсвует. Этот факт позволил бостонским ученым предположить, что возбуждение grid-нейронов может зависеть от пройденного животными расстояния и затраченного на это времени. Иными словами, grid-нейроны должны быть каким-то образом «настроены» на отслеживание этих переменных.

Чтобы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу ученые поставили следующую серию экспериментов. Четыре крысы поочередно помещались в лабиринт в форме цифры «8», который был оснащен движущейся дорожкой. Чтобы достичь цели – поилки с водой, крысам приходилось бежать с определенной скоростью и покрывать заданное расстояние. Оба параметра задавались противоположным направлению перемещения крысы движением ленты дорожки. Параллельно у грызунов с помощью вживленных электродов записывали активность 177 предварительно выявленных grid-нейронов. В качестве контрольной группы выступили 147 других нервных клеток, близко расположенных анатомически, но не являющихся grid-нейронами. Всего было проведено 136 «беговых сессий» длительностью от 14 до 20 секунд и со скоростью 30-49 см/с.

Выяснилось, что около 92 процентов grid-нейронов реагируют электрическими импульсами (спайками) в определенные специфические моменты. Например, некоторые клетки активировались каждые восемь секунд независимо от скорости и пройденного расстояния. Другие клетки, наоборот, никак не реагировали на время, зато разряжались спайками после прохождения 400 сантиметров. Из всех изученных grid-нейронов 59 процентов активировались либо на какие-то временные показатели, либо на покрытое расстояние. Еще 41 процент реагировал на комбинацию этих параметров.

По мнению ученых, это означает, что grid-нейроны «обсчитывают» пройденную дистанцию, время и интегрируют эти параметры исключительно на основе информации от мышц и связок движущегося грызуна а также своего рода внутренних «таймеров». При этом внешние зрительные или иные динамически меняющиеся сигналы не используются. Так как ключевыми для организации процессов памяти  являются временные и пространственные измерения, то, grid-нейроны могут играть важнейшую роль в формировании непрерывного потока непосредственного опыта, задавая систему рамок и вех, создавая пространственные карты и определяя положение животного внутри них.

Стоит отметить, что сами первооткрыватели grid-нейронов недавно опубликовали еще более масштабное исследование (2000 забегов крыс с записью активности 2 497 нейронов) с очень изощренной и детально контролируемой техникой эксперимента. Супруги Мозеры также заявили, что им удалось установить нейроны скорости, играющие ключевую роль в динамической репрезентации положения тела животных в головном мозге, однако это не grid-нейроны, а совершенно иная популяция нервных клеток, хотя и тоже расположенная в медиальной энторинальной коре.


Даниил Кузнецов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.