Мозговая карта местности обросла границами

Новый класс нейронов в мозге крысы, которые помогают ей ориентироваться в пространстве, нашли нейрофизиолог Эдвард Мозер (Edvard Moser) и его коллеги из норвежского Университета науки и технологии (Norwegian University of Science and Technology) в Тронхейме (Trondheim). Он назвал их клетками границы (border cells), поскольку они реагируют на приближение животного к границам территории.

Клетки границы наряду с тремя другими открытыми ранее типами нейронов участвуют в построении в мозге так называемой когнитивной карты территории. Понятие когнитивной карты сначала возникло в нейрофизиологии как теоретическое. Это субъективный образ знакомого пространственного окружения, в котором размещены отдельные воспринимаемые предметы. Когнитивная карта строится в процессе освоения территории, и затем животное использует ее для безошибочного передвижения по ней. Если на территории происходят какие-то изменения, меняется и карта.

Как всякая карта, мозговая имеет пространственные координаты. Они в данном случае задаются нейронами. Ученые стали искать эти нейроны и нашли их, так что теоретическая концепция стала реальностью. Нейроны разговаривают на языке электрической активности: они посылают пучки импульсов. Нейрофизиологи научились регистрировать активность отдельных клеток при помощи микроэлектродов, пока животное перемещается по экспериментальной площадке.

Так они нашли клетки места (place cells), которые отмечают вспышкой активности момент, когда крыса оказывается в определенной точке пространства. Клетки направления головы (head-direction cells) реагируют на направление движения крысы. Наконец, клетки решетки (grid cells) отвечают на нахождение животного в точках -- узлах гексагональной решетки.

Сначала ученые поместили мозговую карту местности исключительно в гиппокамп. Но оказалось, что в гиппокампе расположены только клетки места, а прочие типы клеток -- в энторинальной коре. Эта часть мозга обеспечивает основной вход нервных импульсов в гиппокамп и поэтому участвует в образовании когнитивной карты. Потом выяснилось, что все еще несколько сложнее и правильнее считать когнитивную карту результатом работы всего мозга.

Когда в энторинальной коре норвежские исследователи обнаружили новые нейроны, то сначала, по словам Эдварда Мозера, проигнорировали их. А потом поняли, что это клетки границы, существование которых раньше лишь предполагалось. Клетки границы испускали импульс тогда, когда крыса приближалась к границам экспериментальной площадки. Каждая клетка была связана с одной стенкой площадки, но некоторые клетки реагировали на любую из четырех стенок.

Для проверки ученые расширили границы площадки и убедились, что клетки продолжают реагировать на границы (а не на место). Замена сплошных стенок на ограждение типа забора тоже ничего не изменила. «Мы поняли, что эти нейроны отвечают именно на границы и ни на что другое», -- сказал Мозер. Клетки границы дают животному представление о том, как велика окружающая его территория, говорят ученые.

Нейл Бургесс (Neil Burgess) из Университетского колледжа Лондона (University College London) -- один из тех, кто теоретически предсказал существование клеток границы, очень обрадовался тому, что его предположение подтвердилось. На следующем этапе Бургесс и Мозер собираются изучить, как четыре типа нейронов взаимодействуют между собой в построении когнитивной карты, по которой животное может определить свое местоположение. Мозес полагает, что клетки границы как-то настраивают клетки решетки на определение пределов территории, чтобы затем создать маршрут передвижения животного.

Конечно, нейроны пространственных координат есть не только у крысы. Ученые уже нашли клетки места в мозге человека, клетки решетки и клетки направления головы у мышей, шиншилл и обезьян. «Я уверен, что и клетки границы тоже существуют в мозге высших животных, в том числе у человека», -- говорит Мозер.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature.