В информационных процессах мозга участвуют астроциты

Незаслуженно забытые

Астроциты – клетки мозга, входящие в состав нейроглии, ткани-окружения нейронов. Долгое время они выпадали из внимания ученых. Им отводили служебную роль – поддержание структуры нервной ткани и обеспечение активности нейронов. Последние исследования показали, что это не так. Недавно ученые выяснили, что астроциты очень важны в регуляции циклов сон-бодрствование.

Теперь же ученые из Медицинского центра Университета Рочестера (University of Rochester Medical Center)  нашли, что астроциты наряду с нейронами участвуют в информационных процессах мозга. Кроме того, сравнив астроциты крысы, мыши и человека, ученые увидели, что человеческие астроциты крупнее, сложнее устроены и работают в несколько раз быстрее, чем у грызунов. Они полагают, что это принципиально важные отличия человеческого мозга. «У нас пока нет исчерпывающего ответа на вопрос, почему мозг человека более совершенен, чем мозг других млекопитающих, -- говорит профессор Мэйкен Нидергаард (Maiken Nedergaard), руководитель исследования. – Если основная причина в его величине, то у слона мозг еще больше, чем у человека, однако очевидно, что человеческий мозг сложнее. Возможно, более сложно устроенные астроциты – одна из основных причин больших возможностей человеческого мозга».

Профессор предложила новый подход, позволяющий «услышать» активность астроцитов. Она разработала лазерную систему, которая отслеживала активность клетки, оценивая количество ионов кальция внутри нее. Этот метод позволил ее команде заглянуть в «секретную жизнь» астроцитов.

Две системы коммуникации

Нэнси Энн Оберхейм (Nancy Ann Oberheim) и ее коллеги изучили ткань человеческого мозга, взятую от 30 пациентов в процессе хирургических операций по лечению эпилепсии и опухолей мозга. Они увидели, что астроциты используют ионы кальция, чтобы посылать сигналы нейронам, а нейроны отвечают им. В этом диалоге астроциты выступают как полноправные партнеры в работе мозга.

По мнению ученых, можно говорить о двух сигнальных системах мозга: одна состоит из нейронов, другая из астроцитов. Нейроны посылают сигналы быстро и на большие расстояния. Астроциты, в противоположность им, посылают медленные сигналы, и выяснить функции этих сигналов – задача будущих исследований.

«Две коммуникационные системы мозга используют разные языки, -- говорит Мэйкен Нидергаард. – В нейронах в совершенстве реализована электрическая система коммуникации для быстрого сигнала на дальние расстояния. Система коммуникации астроцитов работает в 10 тысяч раз медленнее, но, возможно, она нужна для более глубокой обработки информации, ее хранения и извлечения ее из памяти».

Она добавляет, что в организме больше нет ни одной ткани, в которой были бы так тесно перемешаны два типа клеток, как астроциты и нейроны в нервной ткани. Оба типа клеток организованы в виде сети. Очень интересно выяснить в деталях, как эти две сети взаимодействуют между собой.

Астроциты отличают человека от мыши

На тонких срезах ткани ученые сравнили астроциты мозга человека, крысы и мыши. Вот какие различия они описали:

• астроциты человека посылают сигналы в пять раз более быстрые, чем астроциты мыши. В человеческих клетках содержится в 10 раз больше белка GFAP, который обеспечивает межклеточные контакты;
• человеческие астроциты организованы в более сложные структуры – домены, чем мышиные астроциты. Типичный мышиный домен включает десятки тысяч таких контактов, в то время как человеческий домен может включать до двух миллионов контактов;
• самые многочисленные типы астроцитов – протоплазмические и волокнистые, или фиброзные, у человека оказались более чем вдвое крупнее, чем у грызунов. Кроме того, у человека нашлись несколько новых типов астроцитов, которых нет у крыс и мышей;
• окончания протоплазматических астроцитов, которые оборачиваются вокруг кровеносных сосудов мозга, у человека покрывают стенку сосуда более плотно, чем у крыс и мышей. Возможно, у человека они играют более важную роль в поддержании гематоэнцефалического барьера между кровью и мозгом и в регуляции мозгового кровотока.

Восстановление в правах

«Догмы медленно меняются, а одна из догм нейрофизиологии – то, что астроциты обслуживают нейроны и ничего более, -- говорит Оберхейм. – Но теперь мы поняли, что астроциты – полноправные участники работы мозга».

Несмотря на то что количество астроцитов в 10 раз превышает количество нейронов, нейроны все время рассматривались в качестве единственной мишени для действия лекарств при заболеваниях мозга. Теперь ученые полагают, что астроциты играют важную роль в состоянии мозга после инсульта, при болезни Альцгеймера, эпилепсии и повреждениях спинного мозга.

Статья группы Нидергаарда опубликована в Journal of Neuroscience.