Гиппокамп отвечает за формирование воспоминаний и пространственную ориентацию. Его внутренняя сеть, образованная пирамидальными нейронами CA3, критически важна для хранения и извлечения памяти. С 1970-х годов в нейробиологии существовало консенсусное представление: мозг новорожденного богат синаптическими связями, которые затем избирательно устраняются. Однако применительно к конкретной цепи CA3 этот процесс никогда не прослеживался с механистической точностью на последовательных стадиях постнатального развития.
Ученые доказали, что нейросеть гиппокампа у новорожденных избыточна и хаотична
Ученые Института науки и технологий Австрии (ISTA) впервые детально проверили и подтвердили давнюю гипотезу нейробиологии: нейросеть гиппокампа у новорожденных избыточно плотна и лишь со временем «прореживается».
Нейроны, наполненные биоцитином — маркером, который позволяет их идентифицировать во время регистрации сигналов, — фиксируются и окрашиваются, что дает возможность полностью воссоздать форму сигнала. ISTA
Синаптический прунинг — процесс устранения лишних нейронных связей в ходе развития мозга. Он особенно интенсивен в детском и подростковом возрасте. Именно прунинг превращает хаотичную нейронную сеть в точно настроенную систему. Нарушения этого процесса связывают с рядом расстройств, включая шизофрению и расстройства аутистического спектра.
Гиппокамп играет важную роль в процессах памяти и обучения.
Соавтор работы Виктор Варгас-Барросо провел просто героическую работу: он исследовал мозг мышей в трех временных точках: вскоре после рождения (7–8-й день), в подростковом возрасте (18–25-й день) и у взрослых особей (45–50-й день). Работа шла со срезами гиппокампа под микроскопом на виброзащищенном столе день за днем несколько лет.
Применяя технику пэтч-кламп (измерения мембранного потенциала нейронов), лазерную активацию отдельных синаптических связей и передовую оптическую визуализацию, группа получила детальную количественную картину того, как меняется архитектура сети во времени. Ученые экспериментально доказали, что синаптический прунинг действительно превращает очень богатую связями, но хаотичную нейросеть, в быстро работающую отлаженную систему — взрослый гиппокамп. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Гипотеза стала подтвержденной теорией
Он видит другой мир.
Результаты команды совпали с тем, что нейробиологи предполагали давно: по мере взросления сеть редеет, становясь более упорядоченной и эффективной. «Интуитивно ожидаешь, что сеть растет и становится гуще. Здесь мы видим обратное: она начинает с избытка, а затем оптимизируется», — говорит руководитель работы профессор Петер Йонас.
Ценность работы — не в неожиданности вывода, а в его строгости. Консенсусные представления в биологии нередко складываются из косвенных данных, аналогий и наблюдений в разных системах, постепенно приобретая статус очевидного факта без единого точного доказательства. Группа ISTA закрыла именно этот пробел — показав механику прунинга в конкретной гиппокампальной цепи конкретными методами. Исследователи также предлагают функциональное объяснение начальной избыточности: гиппокампу необходимо быстро интегрировать разнородную сенсорную информацию. «Изначально избыточная связность с последующим избирательным прунингом — именно это может обеспечивать такую интеграцию», — объясняет Йонас.