Как мозг определяет местоположение и ориентируется в окружающем мире

Нейробиологи из Медицинского колледжа Бэйлора, Стэнфордского университета описали, как мозг ориентируется в окружающем мире. Работа посвящена анализу нейронного механизма гиппокампа, отвечающего за ориентирование и анализ местоположения.

Когда вы утром заходите на кухню, вы точно знаете, как приготовить кофе, где стоят чашки и т.д. Вы практически не задумываетесь и не осознаете свои движения. А в это время мозг совершает огромную работу.

Нейробиологи из Медицинского колледжа Бэйлора, Стэнфордского университета описали, как мозг ориентируется в окружающем мире. Работа посвящена анализу нейронного механизма гиппокампа, отвечающему за ориентирование и анализ местоположения.

«Животные и люди ориентируются в окружающей среде благодаря гиппокампу — области мозга, которая формирует своего рода карту окружающей среды и позволяет нам понять, где мы находимся», — говорит соавтор работы доктор Барна Дудок.

Нейроны гиппокампа работают вместе, чтобы создать карту определенной среды, скажем, кухни в вашем доме. Разные нейроны активируется разных местах окружающей среды. Например, расположение кофейника активирует один нейрон, а полка, на которой стоит кофе, — другой.

«Когда человек находится в определенной области окружающей среды, активируются только нейроны, которые с этим местом связаны. Когда человек перемещается в другую область, активируются другие. Мы работали с мышами и показали, что происходит на уровне нейронов мозга, когда особь перемещается из одной области в другую. Мозг определяет местоположение фактически по тем нейронам, которые сейчас включены», — говорит доктор Дудок.

Как нейроны описывают карту окружающего мира

Ученые обратили внимание на неожиданный факт: когда клетки места (или нейроны положения) активируются в гиппокампе, они выделяют эндоканнабиноиды — это липиды, похожие на жиры молекулы, которые обеспечивают связь между нейронами, то есть выполняют функцию нейротрансмиттеров.

Исследователи использовали методы оптогенетики, чтобы сигналы эндоканнабиноидов «светились», и микроскоп, чтобы визуализировать мозг мыши, бегущей на беговой дорожке.

Схема эксперимента. eCB — 'эндоканнабиноидныq сигнал.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk3863

«Когда я проанализировал эти изображения, стало ясно, что существуют эндоканнабиноидные сигналы, по которым можно отследить как движется мышь в окружающей среде», — говорит Дудок.

Оказалось, что сигнал эндоканнабиноидов быстро возникает и быстро гаснет. Он специфичен только для некоторых особых нейронов и позволяет им кодировать информацию о местонахождении.

Чтобы подтвердить важность передачи эндоканнабиноидных сигналов для ориентации в пространстве, исследователи нарушили этот механизм: они «погасили» эндоканнабиноидные рецепторы в нейронах. Таким образом ученые прервали цепь в гиппокампе, которая помогает мозгу узнать местоположение. После этого гиппокамп начал сбиваться в построении карты окружающей среды.

«Наша группа и другие исследователи ранее показали, что эпилептические припадки вызывают выброс эндоканнабиноидов. Мы хотели бы понять, приводит ли это к проблемам с памятью у людей с эпилепсией», — говорит Дудок. — «Подробный анализ может помочь разработке лекарств, способных регулировать эндоканнабиноидный сигнальный путь при эпилепсии и облегчить сопутствующие когнитивные заболевания».