14 месяцев в Антарктиде уменьшили мозг полярников
Немецкие ученые измерили объем мозга у участников экспедиции в Антарктиду и выяснили, что за 14 месяцев он существенно сократился. Пострадала, в частности, зубчатая извилина гиппокампа. В то же время в крови полярников стало меньше нейротрофического фактора мозга — белка, который отвечает за деление клеток в мозге, и его концентрации не вернулись к прежним значениям даже после возвращения из экспедиции домой. Работа опубликована в журнале The New England Journal of Medicine.
Несмотря на то, что клетки взрослой нервной ткани практически неспособны к делению, в мозге млекопитающих есть зоны, где размножение предшественников нейронов еще возможно. Это, в частности, гиппокамп — область в височных долях полушарий головного мозга. Известно, что по меньшей мере у грызунов такие стрессовые факторы, как социальная изоляция и монотонность окружающей среды, подавляют образование новых нейронов в гиппокампе. Но насколько это справедливо для человека, до сих пор не ясно.
Группа исследователей под руководством Симоны Кюн (Simone Kühn) из Института развития человека Макса Планка в Берлине в качестве объекта изучения выбрала людей, которые естественным путем переживают долгую изоляцию — участников экспедиции в Антарктиду.
Это были девять человек (пятеро мужчин и четверо женщин), которые 14 месяцев прожили на немецкой станции Ноймайер-3. Восьмерым из них провели МРТ головного мозга до и после экспедиции. Кроме того, в течение поездки все участники сдавали кровь и проходили тесты на когнитивные способности. В качестве контроля служили девять человек того же пола и возраста со схожим изначальным объемом гиппокампа.
Ученые обнаружили, что за 14 месяцев объем гиппокампа у всех участников исследования изменился. Но если у контрольной группы он в среднем слегка вырос, то у полярников, наоборот, снизился. Сильнее всего эти изменения затронули зубчатую извилину — она сжалась на 7,2 процента. Сокращение ее объема коррелировало со снижением баллов за тесты, связанные со вниманием и ориентацией в пространстве, но не повлияло на другие когнитивные способности. Остальные части гиппокампа тоже стали меньше, но эти различия авторы работы не сочли существенными.
В крови полярников авторы работы искали нейротрофический фактор мозга (BDNF) — вещество, которое выделяют разные органы, чтобы заставить делиться предшественники нейронов. Через три месяца экспедиции его концентрация в крови участников упала почти в два раза и оставалась неизменной и еще по меньшей мере полтора месяца после возвращения.
У авторов работы было недостаточно данных, чтобы сделать вывод о том, влияет ли как-то социальная изоляция и сокращение объема серого вещества на здоровье и поведение участников экспедиции. Кроме того, они отдельно обращают внимание на скромный размер выборки. Тем не менее, это исследование открывает поле для последующих работ, которым предстоит выяснить, какие еще факторы влияют на размер гиппокампа и можно ли как-то им противостоять.
Ранее ученые уже выяснили, что социальная изоляция связана с риском возникновения инсультов и инфарктов. В то же время, оказалось, что медленное поглаживание кисточкой способно смягчить страдания одиноких людей. Кроме того, в 2018 году для них разработали специального общительного робота. А о том, как людей собираются готовить к другим экспедициям, связанным с длительной изоляцией, читайте в нашем материале «Не сойти с ума на Марсе».
Полина Лосева
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.