Мозг в пробирке

04.06.2015

О том, что происходит внутри мозга, мы можем узнать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) - она позволяет увидеть активность в тех или иных участках нервной ткани и довольно точно сопоставить эту активность с выполнением той или иной задачи. Но мы не сможем узнать о мозге все, если не проникнем на клеточный уровень, на уровень нейронов и межнейронных контактов - синапсов, на уровень вспомогательных глиальных клеток, которые не только питают нейроны, но и вмешиваются в проведение нейрохимического сигнала. Причем следует помнить, что нейронных разновидностей существует много. Например, если мы внимательно рассмотрим кору полушарий, мы обнаружим в ней шесть слоев, отличающихся друг от друга по соотношению нейронов разного типа. Чтобы понять, как на молекулярно-клеточном уровне реализуются высшие когнитивные функции (а именно ими и занимается кора), нам нужно до тонкостей понять устройство и взаимосвязь ее слоев между собой.

Что-то, конечно, можно исследовать на мозгах грызунов и приматов. Кроме того, часто взаимодействие нейронов изучают в клеточной культуре: клетки живут в питательной среде на дне какой-нибудь лабораторной посудины, а нейробиологи следят, как у них, к примеру, меняется сила синапсов в ответ на те или иные раздражители. В результате можно сделать некие выводы о причинах шизофрении, аутизма и других когнитивных нарушений - ведь в случае таких патологий нарушается как раз нейронная архитектура, взаимосвязь нейронов друг с другом. Но плоский слой культуры клеток - все-таки не кора с ее шестью слоями. Другой способ состоит в анализе образцов, взятых у умерших людей. Надо ли говорить, что тут все время нужно помнить о посмертных изменениях в клеточном устройстве, да и проведение сигнала в таких образцах изучать невозможно. В идеале хотелось бы, чтобы у нас в руках была объемная клеточная модель, полностью воссоздающая тот или иной элемент структуры мозга, если не весь мозг. Эксперименты исследователей из Стэнфордского университета нас к такому идеалу заметно приближают.

Разумеется, дело не обошлось без стволовых клеток - Серджиу Паска (Sergiu Pasca) и его коллеги получили из человеческой кожи индуцированные стволовые клетки и затем превратили их в нейроны. Сейчас это уже почти стандартная процедура: дифференцированные клетки заставляют "вспомнить молодость", когда они были стволовыми и не умели ничего делать, кроме как делиться. Зато их можно превратить в любой другой клеточный тип, нужно лишь направить их по нужному пути с помощью молекулярных сигналов. Поначалу все шло как обычно: искусственные стволовые клетки росли плоским слоем в культуральной посуде. Но потом их отделили со дна и пересадили в специальное новое "место жительства", где они уже не могли прочно прикрепиться к стенкам или ко дну. За несколько часов клетки объединились в микрошарики, в которых продолжали делиться. И вот тут-то у них запустили превращение в клетки нервной ткани.

Через семь недель 80% клеток по молекулярным и прочим признакам стали похожи на нервные. Причем 7% превратились не в нейроны, а в глиальные астроциты, которые поддерживают и питают нейроны, защищают их от проникновения вредных веществ из крови, а также регулируют нейронную активность. До сих пор не удавалось вырастить и нейроны, и поддерживающие их клетки из одного стволового материала, приходилось пользоваться сторонними астроцитами, полученными от другой линии стволовых клеток, что означало, что генетически те и другие оказывались различны - тогда как в мозге все клетки несут одинаковые гены. Теперь же, по-видимому, это затруднение исчезнет.

Но самое главное выяснилось, когда проанализировали структуру клеточных комплексов (их назвали кортикальными сфероидами) - оказывается, их архитектура была похожа на ту, которая есть в коре полушарий. Причем 80% нейронов отвечали на внешний стимул, а 86% демонстрировали спонтанную активность и образовывали друг с другом нейронные цепочки, передавая сигнал друг другу. Иными словами, удалось получить довольно правдоподобную трехмерную модель коры мозга.

<< Назад: Project Jacquard для создания электронной одежды 05.06.2015

>> Вперед: TI REF1933 - источник опорного напряжения с двумя выходами 04.06.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Молчание сверчков 05.04.2007 Полевые сверчки, живущие на гавайском острове Кауаи, в массе своей перестали издавать звуки. Дело в том, что песня сверчка предназначена для привлечения самки, но на звук слетаются и мелкие паразитические мухи, откладывающие на сверчка свои яички, из которых выходят личинки, пожирающие певца. Поэтому у 90% сверчков в последние годы изменилась форма краев крыльев. Сверчки продолжают тереть крыльями о ноги, а звука нет. Видимо, это результат естественного отбора: самцы с нормальными крыльями издают звуки и потому часто гибнут от паразитов. Обследование показало, что паразитами заражено 30% поющих сверчков и всего 0, 75% молчащих. Как же тогда размножаются молчащие сверчки? Они находят поющего собрата и перехватывают самок у него, полагают энтомологи, возможны два варианта развития событий: либо поющие насекомые совсем исчезнут и вслед за ними вся популяция вымрет, либо установится некоторое равновесие. Немые сверчки лучше выживают, зато поющие активнее размножаются. Тем временем паразитических мух становится все меньше, так как им все труднее найти жертву.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025