Навигация у млекопитающих, включая людей и грызунов, зависит от специализированных нейронных сетей, которые кодируют местоположение и траекторию движения животного в окружающей среде, служа по существу в качестве GPS, результаты, которые привели к Нобелевской премии по медицине 2014 года. Неспособность этих сетей функционировать должным образом, как это наблюдается при болезни Альцгеймера и других неврологических состояниях, приводит к серьезной дезориентации и дефициту памяти. Исследователи из NERF (VIB-imec-KU Leuven) теперь обнаружили поразительные паттерны нейронной активности в области мозга, называемой ретроспленальной корой, которая может помочь с пространственной памятью и навигацией.
Ярким примером кодирования пространственной информации является запуск так называемых клеток места в гиппокампе, области мозга, известной своей ролью в навигации и формировании памяти. Ячейки места срабатывают, когда животное входит в определенное место в его среде обитания. В любом конкретном месте активна только небольшая часть клеток места, оставляя остальные нейроны в основном безмолвными. Эта разреженная схема активации максимизирует хранение информации в сетях памяти, но в то же время сводит к минимуму энергопотребление.
Однако гиппокамп – не единственная область мозга, участвующая в пространственной ориентации и обучении. Ретроспленальная кора также очень активна во время навигации и восстановления памяти и соединяет гиппокамп с зрительной корой и другими областями мозга. Повреждение ретроспленальной коры головного мозга приводит к дефициту памяти и дезориентации, а у пациентов с болезнью Альцгеймера активность ретроспленальной коры головного мозга снижается.
Чтобы лучше понять роль ретроспленальной коры, доктор. Дун Мао и Штеффен Кандлер, исследователи в лабораториях проф. Винсент Бонин и Брюс Макнотон из NERF измерили его активность на мышах, которые передвигались на беговой дорожке, снабженной тактильными стимулами. В этой настройке они могли точно отслеживать поведение и местоположение животного. Объединив генетическое маркирование кортикальных нейронов и высокочувствительные методы живой микроскопии, исследователи смогли сравнить активность нейронов ретросплениальной коры с таковой в гиппокампе.
"Предыдущие исследования могли регистрировать только несколько ретроспленальных нейронов одновременно. С помощью нашей техники визуализации клеток мы могли отслеживать активность от сотен до тысяч нейронов одновременно, что дало нам богатое представление о паттернах активности нейронов," объясняет проф. Винсент Бонин.
Исследователи обнаружили новую группу клеток, которые плавно активируются, когда животные бегают по окружающей среде. Их активность напоминала активность клеток места гиппокампа с точки зрения их редких возбуждающих свойств; однако ретроспленальные нейроны по-разному реагировали на сенсорные сигналы.
Эти результаты показывают, что ретроспленальная кора обладает богатой пространственной активностью, механизмы которой могут частично отличаться от механизмов гиппокампа. Они открывают путь к лучшему пониманию того, как наш мозг обрабатывает пространственную информацию. Проф. Винсент Бонин: "Следующим шагом будет прямое исследование взаимосвязи между ретроспленальной активностью и гиппокампом, а также ее связи с визуальными сигналами. Также будет интересно узнать, как активность ретроспленальной коры связана с развитием различных нейрональных заболеваний на моделях мышей."