Это ежемесячный обзор наиболее важных и интересных новостей от экспертной группы проекта Технологии Долголетия. Сайт группы www.rlegroup.net
В данном разделе мы рассматриваем новости, описывающие открытия, изобретения, новые подходы либо оригинальные метаанализы в сфере, относящейся к исследованиям деятельности мозга, моделирования умственных процессов, исследований нейрональных коррелятов сознания, возможностей расширения возможностей мозга с помощью нейроинтерфейсов, восстановление утраченных функций, как с целью восстановления и расширения утрачиваемых с возрастом функций, так и для разработки механизмов “оцифровки” памяти и личности.
В этом месяце наиболее громкие события случились в области нейропротезирования и криосохранения мозговых тканей с возможностью последующего восстановления синаптических соединений. Гиппокамп оказался в центре обсуждений о существовании нейрогенеза и его масштабов в мозге взрослого человека и в центре внимания исследователей из Школы медицины Икана, которые проверяли, что случится, если разрушить гиппокамп обезьян нейротоксинами локального действия.
На фото пример снимков, полученных с помощью OPTIClea
Brain Preservation Foundation вручил премию за сохранение мозга крупного млекопитающего.
Одной из самых бурно обсуждаемых новостей прошедшего месяца стало заявление основателей Фонда сохранения мозга (Brain Preservation Foundation) о том, что был пройден последний этап на пути к «консервированию» мозга человека. Премия за сохранение мозга крупного млекопитающего (в этом случае — свиньи) была вручена Роберту Макинтайру, ведущему исследователю компании 21st Century Medicine и сооснователю стартапа Nectome. Нужно сказать, что два года назад этот выпускник Массачусетского технологического института (MIT) уже выиграл и денежный приз за сохранение головного мозга мелкого млекопитающего.
Используя технику фиксации глутаральдегидом и криохранилище («альдегид стабилизированное криосохранение»), исследователи продемонстрировали способ сохранить коннектом из 150 триллионов синаптических соединений, которые, как предполагается, кодируют память и весь разум.
Далее были проведена 3D микроскопия тканей мозга свиньи, которые подверглись размораживанию. Свою высокую экспертную оценку качества сохранности тканей дали весьма заинтересованные исследователи: сам президент Фонда сохранения мозга Кен Хейворт и профессор компьютерной нейробиологии Принстонского университета Себастьян Сеунг, автор книги «Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть».
Интересно, что несмотря на эти успехи, Массачусетский технологический институт (MIT) недавно объявил о прерывании аффилиаций и договоров с компание Nectome. Как поясняют такое решение в самом MIT, мы не знаем точного набора требуемых биомолекул и не можем сказать, достаточна ли предлагаемая Nectome техника для сохранения биомолекулярных деталей, необходимых для восстановления воспоминаний и самого сознания. Никто не может дать гарантий, что оцифровав изображения, сделанные электронным микроскопом, можно создать рабочую цифровую модель сознания живого существа. А компьютерная техника, которая способна обработать всю эту информацию пока еще не существует. https://turingchurch.net/cryonics-for-uploaders-the-brain-preservation-prize-has-been-won-cebbe98c241a
Создан киберчип, усиливающий память человека
Ученые из Калифорнии создали и успешно проверили работу кибер-протеза, который улучшает работу памяти примерно на треть после его подключения к мозгу человека, говорится в статье, опубликованной в Journal of Neural Engineering.
Роберт Хэмпсон и его коллеги, работающие по гранту DARPA, создали чип, который усиливает саму способность запоминать. Нескольким добровольцам больным эпилепсией, у которых уже были введены электроды для мониторинга очагов эпилепсии, ввели несколько тонких электродов в разные области гиппокампа. Далее их попросили пройти несколько тестов на запоминания. В это время с помощью электродов в гиппокампе считывалась активность клеток. Затем была построена модель, как клетки одного участка гиппокампа откликаются на активность клеток в другом участке при верных ответах. Затем следовала вторая серия тестов на запоминание, но в этот раз в области гиппокампа подавалась электрическая активность, имитирующая паттерн активации клеток при верных ответах. Кибер-протез существенно улучшил работу памяти добровольцев во всех случаях, повысив число правильных ответов примерно на 33-40%.
Главный автор работы Роберт Хэмпсон комментирует эти эксперименты следующим образом: «Мы показали, что мы можем «влезть» в память человека, усилить ее и заставить мозг ее запомнить. Даже если человек страдает от проблем с памятью, мы можем найти те части его центра памяти, которые работают неправильно, и обойти их, используя исправные цепочки нейронов. Затем у нас появится возможность «скармливать» мозгу пациента нервные импульсы, которые будут помогать ему формировать новые воспоминания, помнить лица родственников и внуков».
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2552/aaaed7/meta
Нейрогенез в гиппокампе взрослых людей, кажется, практически отсутствует.
Статья исследователей из университета Сан-Франциско с такими неутешительными результатами опубликована в свежем выпуске журнала Nature.
Субгранулярная зона зубчатой извилины гиппокампа считается очагом генерации нейронов у взрослых млекопитающих (чаще всего исследовались грызуны). Процесс образования новых нейронов связан с обучением, процессом запоминания, стрессом и физическими упражнениями. Считается, что при различных неврологических заболеваниях этот процесс тормозится.
Когда дело доходит до человека, данные расходятся: в одном исследовании говорят о сотнях новых нейронов, которые образуются в зубчатой извилине ежедневно, в большинстве других работ приводились гораздо более скромные цифры. Несмотря на эти расхождения, было принято считать, что гиппокамп взрослого человека продолжает генерировать нейроны. Однако новая работа, основанная на анализе 59 образцов тканей гиппокампа людей с рождения и до 77 лет не помогла найти в следов появления новых нейронов у взрослых людей. Есть вероятность, что они вообще не возникают. Авторы работы утверждают, что молодые нейроны в изобилии можно обнаружить только в гиппокампе новорожденного ребенка. Количество стволовых клеток резко снизилось в образцах, полученных в раннем младенчестве: образцы зубчатых извилин годовалых младенцев содержали в пять раз меньше новых нейронов, чем у новорождённых. При этом в мозге подростка 7-13 лет удалось найти лишь несколько молодых нейронов на квадратный миллиметр ткани, а в тканях мозга взрослых их и вовсе не оказалось.
Результаты исследования породили множество новых вопросов и целую бурю дискуссий. Как быть тем исследователям, которые пытались лечить депрессию и болезнь Альцгеймера стимулированием нейрогенеза? Можно ли окончательно утверждать, что новые нейроны никогда и ни при каких обстоятельствах не появляются в гиппокампе взрослых? Если мозг работает без обновления нейронов, то как он это делает и почему у грызунов, например, нейрогенез продолжается всю жизнь?
Исходная статья: https://www.nature.com/articles/nature25975 (англ)
Бурная реакция нейробиолога Джейсона Снайдера, руководителя нейробиологической лаборатории в Университете Британской Колумбии «WTF! No neurogenesis in humans??»:
http://snyderlab.com/2018/03/07/wtf-no-neurogenesis-in-humans/
Статья по теме: http://neuronovosti.ru/wtf-nonewneurons/ (рус)
Гистология мозга в 3D
Международная группа исследователей из Имперского колледжа Лондона и Университета Гонконга разработала метод исследования мозга человека, в основе которого лежит 3D-визуализация, которую ранее применяли только для мышей. С помощью нового очищающего средства OPTIClea исследователи смогли разглядеть клетки мозга на микроскопическом уровне и применить широкий спектр методов молекулярной маркировки для трехмерной визуализации «свежих» и «архивных» образцов. Исследователи смогли окрасить нейроны, глиальные клетки и кровеносные сосуды, а также патологические маркеры, например, тау-белки, которые присутствуют в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера. Команде ученых даже удалось определить, как молекулы белка соотносятся между собой в трехмерном пространстве.
Источники:
http://neuronovosti.ru/brain-histology-3d/ (рус)
https://www.nature.com/articles/s41467-018-03359-w (англ)
С помощью гена светлячка можно следить за мозгом обезьяны
Исследователи разработали очередную неинвазивную систему визуализации клеток в организме животного на базе модифицированного фермента люциферазы и ее синтетического субстрата, акалюмина.
Обезьянам-мармозеткам вводили ген мутантной люциферазы в составе вирусного вектора в часть полосатого тела в мозге. Сигнал люминесценции можно было наблюдать при помощи камеры абсолютно неинвазивно через 20-30 минут после того, как обезьяне давали акалюмин. Экспрессия люциферазы в мозге животного продолжалась как минимум в течение года после введения в мозг. При этом поведение обезьяны было абсолютно нормальным, то есть система визуализации не обладала никакими побочными эффектами. Авторы работы подчеркивают, что новая система обладает огромным потенциалом для картирования и визуализации работы нейронов у животных в естественных условиях.
Источник:
https://nplus1.ru/news/2018/02/27/Akaluc (рус)
Гиппокамп критически важен для эпизодической памяти, но не для обучения новым навыкам
Исследования людей с амнезией показали, что гиппокамп является критической структурой для эпизодической памяти. Однако по понятным причинам определить точные анатомические структуры, которые связаны с нарушениями памяти у людей пока не получается. В экспериментах на грызунах этот пробел довольно успешно заполняется. Однако здесь появляется другая проблема: сложно определить как нарушение функций гиппокампа влияет на различные виды памяти и припоминание последовательно закодированных воспоминаний.
В свежей статье команда исследователей из Школы медицины Икана Медицинского центра Маунт-Синай (США) приводит результаты серии экспериментов с макаками-резусами. Гиппокамп четырех обезьян был поражен нейротоксинами локального действия. Затем контрольные обезьяны и обезьяны, подвергшиеся хирургическим манипуляциям, выполняли два типа задач: распознавание ранее изученных картин и изучение новых объектов в визуальном контексте. Макаки-резус с поврежденным гиппокампом плохо справлялись с задачей припоминания картин, которые они изучали до введения нейротоксина в гиппокамп. При этом исследователям не удалось обнаружить никакого временного эффекта в действии нейротоксина: удаленные и более свежие воспоминания были затронуты одинаково. Интересно, что экспериментальная группа обезьян не показала никаких различий в изучении и последующем воспоминании новых объектов. Таким образом, гиппокамп, как и другие области коры, может участвовать в приобретении и хранении новых воспоминаний, но после поражения его функции могут взять на себя другие участки.
Источник: https://www.biorxiv.org/content/early/2018/03/24/288407 (англ)
Разработан прототип носимого магнитоэнцефалографа
Группа ученых из Ноттингемского университета под руководством Мэттью Брукерса создала носимый магнитоэнцефалограф — прибор для визуализации работы нейронов путем измерения магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности головного мозга. Устройство работает на оптических магнитометрах и позволяет относительно точно визуализировать мозговую активность даже при движениях головой. Разработка описана в статье, опубликованной в Nature.
Видео: https://www.youtube.com/watch?v=Hx7_SlvWmEs&feature=youtu.be
Источник: https://nplus1.ru/news/2018/03/21/moving-meg
Автор обзора Екатерина Шахбазян
Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.
