Ученые показали, как растущий мозг учится дышать

Мозг нуждается в постоянном снабжении кислородом, поэтому локальный рост активности нейронов ведет к усилению кровотока через них. Эта связь используется некоторыми методами изучения нейронной активности, включая функциональную МРТ. Однако у новорожденных такие наблюдения дают совершенно иную картину: возбуждение нейронов не вызывает увеличения кровотока. Новое исследование показывает, что созревающий уже после рождения мозг учится не только работать, но и питаться, постепенно усиливая корреляцию между нейронной активностью и кровотоком. Отчет о работе публикует The Journal of Neuroscience.

Ученые из лаборатории профессора Колумбийского университета в Нью-Йорке Элизабет Хиллман (Elizabeth Hillman) использовали ГМ-мышей, несущих флуоресцентные метки генетически кодируемого индикатора кальция (GCaMP). Поток ионов кальция сопровождает повышение активности нейронов и позволяет напрямую ее регистрировать. Параллельно ученые следили за динамикой содержания в тканях мозга оксигемоглобина, несущего кислород, и «пустого» дезоксигемоглобина. Стимулируя лапку или усики животных разного возраста, от новорожденных до взрослых, они сравнили возникающую при этом активность нейронов с изменениями их кровоснабжения.

Авторам удалось показать, что у едва родившихся мышат сигнал появляется лишь в одном из полушарий – например, правом при тактильном или электрическим раздражении задней левой лапки. Лишь на 13-й день жизни, когда в мозге сформировались «дальнодействующие» связи, стимуляция начала вызывать симметричную активность второго полушария.

Однако параллельно созреванию самого мозга формируются и сосуды, обеспечивающие его полноценное питание. В первые дни жизни животных простимулированная активность группы нейронов не вела ни к каким регистрируемым изменениям кровотока к ним. Их связь быстро развивалась с возрастом, и у взрослых мышей нейронная активность уже надежно вызывала усиление снабжения кровью

 С помощью флуоресценции окисленных и восстановленных флавопротеинов ученые измерили насыщение тканей кислородом. Обнаружилось, что неразвитая сосудистая сеть незрелого мозга не всегда способна обеспечить нейроны кислородом в количестве, достаточном хотя бы для поддержания покоящегося состояния. Теоретически, такая гипоксия способна привести к массовой гибели клеток, однако мозг новорожденного оказывается к ней устойчив. Авторы предполагают, что эта способность важна для защиты мозга в первые критические минуты после рождения, когда он переходит к снабжению кислородом через легкие. Возможно даже, что локальная гипоксия играет какую-то роль в процессах созревания нейронных сетей.

Роман Фишман