Нейробиологи создали синтетический мозг, чтобы отыскать способ лечения болезней Альцгеймера и Паркинсона

Москва, 11:37, 16 Фев 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Любая жизнедеятельность человека (дыхание, биение сердца и т.д.) наполнена повторяющимися действиями, которые зависят от ритмических нейронов. Однако нервная система, лежащая в основе таких, казалось бы, обычных процессов, полностью не изучена и нейробиологи надеются, что ее исследования могут привести к новым методам лечения таких недугов, как болезнь Паркинсона, Альцгеймера и аутизма.

Ученые из Института Солка использовали стволовые клетки для создания различных сетей автономных систем спинного мозга в виде циркуитоидов, чтобы изучить этот ритмический рисунок в нейронах. Работа показывает, что некоторые из циркуитоидов без внешних воздействий демонстрируют спонтанную, согласованную ритмическую активность, являющуюся основой повторяющихся движений.

Наблюдение за тем, как большие группы нейронов (буквально миллиарды, если не триллионы соединений) принимают информацию и обрабатывают ее – является невероятно сложным занятием, но ученые рассчитывают, что развитие такого рода простых схем позволит им осознать некоторые принципы реальных схем работы мозга. Располагая подобной информацией, они смогут начать понимать, какие сбои вызывают болезнь.

Нервные клетки в мозге и спинном мозге соединяются друг с другом подобно электронным схемам. Нервная система содержит огромное количество нейронов, часто в сетях со многими сотнями тысяч клеток. Для моделирования этих сложных нейронных цепей, в лаборатории из эмбриональных стволовых клеток у мышей были выращены скопления нейронов спинного мозга, который ученые назвали циркуитоидами. Каждый циркуитоид обычно содержит 50000 клеток в образованиях достаточно больших, чтобы увидеть их невооруженным глазом, и с различными коэффициентами нейрональных подтипов.

Используя молекулярные инструменты, исследователи пометили четыре основных подтипа как возбуждающих (создающих электрический сигнал), так и ингибирующих (останавливающих электрический сигнал) нейронов, жизненно необходимых для движения, которые называются V1, V2a, V3 и двигательные нейроны. Наблюдая за клетками в циркуитоидах в режиме реального времени, используя высокотехнологичную микроскопию, исследователи обнаружили, что циркуитоид состоит только из V2a или V3 возбуждающих нейронов, или нервных двигательных нейронов (которые контролируют мышцы) самопроизвольно создавая ритм, и что циркуитоиды не содержат ингибирующих нейронов. Добавление ингибирующих нейронов в различные комбинации возбуждающих нейронов — либо ускоряло темп ритма, либо вызвало образование новых подсетей нейронов в циркуитоидах.

Эти результаты позволяют предположить, что изменения соотношений возбуждающих и ингибирующих нейронов в сети могут создавать сложные, но гибкие схемы, регулирующие ритмичную деятельность. С помощью простых циркуитоидов можно выявить основу сложных нейронных элементов управления, которые приводят к гораздо более сложным типам поведения.