Новое исследование мозга мышей, от их развития в утробе матери до состояния свободно передвигающихся взрослых, показало, что нейроны с одинаковой датой рождения демонстрируют отчётливую связь друг с другом и совместную активность на протяжении всей жизни животных.
Результаты, опубликованные онлайн 22 августа в журнале Nature Neuroscience, предполагают, что включение новой информации в сеть гиппокампа (область мозга, связываемую с консолидацией памяти, то есть переходом кратковременной памяти в долговременную), вероятно, будет ограничено её врожденной архитектурой и внутренне генерируемыми паттернами активности. При этом на динамику сети гиппокампа влияет последовательный нейрогенез: нейроны, сформировавшиеся в один день во время внутриутробного развития плода, затем, в течение всей жизни животного, демонстрировали отчетливую связь и совместную активность в самых разных состояниях мозга и средах.
Клетки, рождённые вместе, с большей вероятностью будут совместно кодировать воспоминания и разом выходить из строя, что потенциально может привести к возникновению таких заболеваний, как аутизм и болезнь Альцгеймера, считают авторы. При изменении количества клеток, рождённых в те или иные дни, развивающийся мозг может быть более уязвим в некоторые дни беременности к вирусным инфекциям, токсинам или алкоголю.
«Результаты нашего исследования показывают, что день рождения нейрона гиппокампа сильно влияет как на то, как работает эта отдельная клетка, так и на то, как популяции таких клеток передают друг другу сигналы на протяжении всей жизни, — говорит старший автор исследования Дьёрдь Бузаки (György Buzsáki), доктор медицинских наук, профессор кафедры неврологии и физиологии в NYU Langone Health. — Эта работа может изменить то, как мы изучаем нарушения развития нервной системы, которые традиционно рассматривались через молекулярную или генетическую призму, но не через призму развития».
Авторы исследования предлагают отслеживать активности нейронов с общей датой рождения во взрослом возрасте. Для достижения этой цели в данной работе они использовали генетический метод, который позволил пометить клетки мозга эмбриона, родившиеся в один и тот же день, ещё во время его внутриутробного развития. Этот метод маркировки затем позволил исследователям изучить эти нейроны у взрослого животного.
Используя комбинацию методов, исследователи показали, что нейроны одной и той же даты рождения имеют тенденцию «срабатывать» вместе, что характеризуется синхронными колебаниями их положительных и отрицательных зарядов, т.е. отражает их совместную работу по передаче электрических сигналов. Вероятная причина совместного срабатывания заключается в том, что нейроны с одинаковой датой рождения включены в общие кооперативные цепи.
Прошлые работы показали, что активность в гиппокампе может быть описана в терминах паттернов коллективной активности нейронов во время бодрствования и сна. Например, во время сна, когда дневные воспоминания консолидируются для долговременного хранения, нейроны гиппокампа участвуют в циклическом всплеске активности, называемом «резкой волновой пульсацией».
«Наши результаты показывают, что нейроны, рождённые в один и тот же день, становятся частью одних и тех же взаимодействующих сборок, участвуют в одних и тех же резких волновых колебаниях и представляют одни и те же воспоминания, — говорит первый автор исследования Роман Гусар (Roman Huszár), аспирант лаборатории Бузаки. — Эти отношения и заранее установленные шаблоны, которые они кодируют, имеют ключевое значение для функции гиппокампа: хранение памяти о месте или событии».
В ходе дальнейших исследований команда планирует идентифицировать гены, активные в нейронах одинаковой даты рождения в разных областях мозга, и выяснить их роль в формировании памяти и поведении.
