Все, что мы делаем – все наши движения, мысли и чувства – является результатом того, что нейроны разговаривают друг с другом, и недавние исследования показали, что некоторые разговоры могут быть не такими уж личными. Клетки мозга, известные как астроциты, могут прислушиваться к некоторым из этих дискуссий или даже участвовать в них. Но новое исследование на мышах предполагает, что астроциты могут настраиваться только часть времени – в частности, когда нейроны действительно чем-то взволнованы. Это исследование, опубликованное в Neuron, было поддержано Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (NINDS), входящим в состав Национальных институтов здравоохранения.
Долгое время исследователи считали, что звездообразные астроциты (название происходит от греческого слова «звезда») были просто опорными клетками для нейронов.
Оказывается, эти клетки выполняют ряд важных задач, в том числе обеспечивают нейроны питательными веществами и сигнальными молекулами, регулируют кровоток и удаляют химические вещества мозга, называемые нейротрансмиттерами, из синапсов. Синапс – это точка передачи информации между двумя нейронами. В этой точке соединения нейромедиаторы высвобождаются из одного нейрона, чтобы влиять на электрические свойства другого. Длинные ветви астроцитов расположены рядом с синапсами, где они могут следить за разговорами, происходящими между нейронами.
В последние годы было показано, что астроциты также могут играть роль в коммуникации нейронов. Когда нейроны выделяют нейротрансмиттеры, уровень кальция в астроцитах изменяется. Кальций имеет решающее значение для многих процессов, включая высвобождение молекул из клетки и активацию множества белков внутри клетки. Роль этого астроцитарного кальциевого сигнала для функции мозга остается загадкой.
В этом исследовании Baljit S. Хах, к.D., из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и его коллеги хотели знать, когда астроциты реагируют на активность нейронов изменениями внутреннего уровня кальция. Используя красители-индикаторы кальция, исследователи впервые смогли отобразить изменения уровня кальция во всем астроците. Раньше можно было одновременно смотреть только на определенные области камеры, что давало неполную картину происходящего.
Видео, на котором астроциты прослушивают нейроны
Доктор. Хах сказал, что одним из наиболее важных результатов этой работы были методы, которые были использованы. "Использование этих индикаторов кальция показывает, что мы можем отображать кальций во всем астроците. Это предоставляет исследовательскому сообществу новый набор инструментов для использования и расширения этих результатов," он сказал.
"Был большой интерес к пониманию того, как астроциты способствуют коммуникации между нейронами, но исследования с таким уровнем точности стали возможны только недавно," сказал Эдмунд Талли, доктор философии.D., программный директор NINDS. "Доктор. Исследование Хаха является примером захватывающего фундаментального или фундаментального исследовательского проекта, который может внести важный вклад в меняющуюся область биологии астроцитов," добавил он.
В этих экспериментах исследователи сосредоточились на мшистых волокнах, которые соединяют две области гиппокампа – структуру, участвующую в обучении и памяти. "Этот путь имеет уникальную архитектуру, и, хотя он очень хорошо изучен, роль астроцитов в этом контуре ранее не исследовалась. Это исследование дает одно из первых действительно подробных сведений об астроцитах в этой конкретной цепи," сказал доктор. Хах.
Доктор. Команда Каха активировала нейроны (заставляя их высвободить нейротрансмиттер различными методами), а затем искала ответ в соседнем астроците. При повышении уровня кальция астроцит быстро загорается. Они обнаружили, что два нейротрансмиттера, глутамат и ГАМК, заставляют астроциты высвобождать кальций из их внутренних запасов. Важно отметить, что исследователи обнаружили, что уровни кальция увеличиваются во всем астроците только в случае выброса большого количества нейромедиатора.
"Мы обнаружили, что астроциты в пути мшистых волокон не слушают постоянную, миллисекунду за миллисекундной синаптической вибрацией, в которой участвуют нейроны. Вместо этого они слушают, когда нейроны чрезмерно возбуждаются во время всплесков активации," сказал доктор. Хах.
Эти результаты предполагают, что астроциты в системе мшистых волокон могут действовать как переключатель, который реагирует на большое количество нейрональной активности повышением уровня кальция в них. Это увеличение кальция происходит в течение нескольких секунд, относительно долгий период времени по сравнению с тем, что наблюдается в нейронах. Пространственная протяженность увеличения кальция в астроцитах также была относительно большой по сравнению с размером синапса.
"Астроциты могут сидеть там спокойно, и когда происходит чрезмерная активация нейронной цепи, они немедленно реагируют увеличением кальция, которое мы могли бы обнаружить. И следующий большой вопрос – что они делают с этим кальцием??" сказал доктор. Хах.
Доктор. Результаты Каха по системе мшистых волокон отличаются от результатов, описанных другими в других областях мозга. Это поднимает интригующую возможность того, что астроциты не все одинаковы и могут выполнять различные роли в мозге.
"Было бы действительно интересно и важно обнаружить, что астроциты по-разному функционируют в разных областях мозга в зависимости от контуров. Это исследование дает намек на то, что это может быть правдой," сказал доктор. Тэлли.