Рисунок 1: Астроциты – это звездчатые клетки с многочисленными тонкими выступами, которые покрывают синапсы в головном мозге. © 2012 Хадзиме Хирасе
Глобальная сетевая активность в головном мозге модулирует локальные нейронные схемы через передачу сигналов кальция в ненейронных клетках, называемых астроцитами (рис. 1), согласно исследованию, проведенному Хадзиме Хирасе из Института исследований мозга RIKEN. Открытие проясняет связь между двумя важными процессами в мозге.
Считается, что активность в крупномасштабных сетях мозга модулирует изменения нейронных связей, так называемую «синаптическую пластичность» в коре головного мозга. Нейромедиатор ацетилхолин регулирует глобальную активность мозга, связанную с вниманием и осознанием, и участвует в пластичности.
Чтобы исследовать, как эти процессы связаны, Хираз и его коллеги одновременно стимулировали усы мышей и базальное ядро Мейнерта (NBM), базальную структуру переднего мозга, содержащую нейроны, которые синтезируют ацетилхолин и широко распространяются в кору. Используя электроды и метод визуализации, называемый двухфотонной микроскопией, выполняемый через «черепное окно», они наблюдали за реакциями клеток в коре головного мозга, которые получают сигналы от усов.
Записи с электродов показали, что повторная совместная стимуляция усов и NBM индуцировала пластичность в коре головного мозга. Эта пластичность зависела от двух типов рецепторов – мускариновых рецепторов ацетилхолина (mAChR) и рецепторов N-метил-D-аспарагиновой кислоты (NMDAR). Двухфотонная визуализирующая микроскопия также показала, что активация mAChR во время костимуляции увеличивает концентрацию ионов кальция в астроцитах коры ствола.
Исследователи повторили эти эксперименты на мутантных мышах, лишенных рецептора, контролирующего высвобождение ионов кальция в астроцитах. Поскольку совместная стимуляция усов и NBM не вызывает пластичности у мутантов, Хираза и его коллеги пришли к выводу, что передача сигналов кальция в астроцитах действует как «ворота». связь изменений глобального состояния мозга, вызванных ацетилхолином, с активностью в локальных корковых цепях.
Кроме того, исследователи обнаружили, что стимуляция NBM приводит к увеличению внеклеточной концентрации аминокислоты D-серина у нормальных, но не у мутантных мышей. D-серин секретируется астроцитами и активирует NMDAR. Команда Хираза ранее показала, что астроциты электрически молчаливы у живых грызунов даже при наличии нейронной активности2. Новые данные показали, что биохимическая, а не электрическая активация астроцитов побуждает их высвобождать передатчик, который модулирует синаптическую пластичность в нейронных цепях.
«Наше исследование, вероятно, первое, показывающее, что передача сигналов кальция в астроцитах связана с пластичностью нейронных цепей у живых животных», говорит Хирасе. Сейчас мы изучаем, происходит ли этот тип передачи сигналов кальция во всех частях астроцита или ограничен некоторыми частями клетки.??