TECHNOLOGY - познавательный журнал

Technology - Познавательный Журнал
13 декабря 2015

Ученые разработали технологию перепрограммирования нейронов мозга и реконфигурации нейронных сетей

В ходе предыдущих исследований ученые из Института стволовых клеток Гарвардского университета разработали технологию повторного перепрограммирования нейронов, превращения нейронов одного типа в нейроны других типов прямо в мозге живых животных. Теперь они сделали следующий шаг, продемонстрировав, что нейронные сети также могут быть подвержены реконфигурации путем разрыва существующих и установления новых синаптических связей между нейронами, прошедшими через процесс перепрограммирования.

Главной целью этой работы, проделанной профессором биологии Паолой Арлоттой (Paola Arlotta) совместно с профессором Такао Хенч (Takao Hensch), было выяснение принципов, используемых нейронами для выбора своих "партнеров". И полученные в результате этих исследований знания позволят в будущем разработать стратегии изменения дефектных синаптических связей, которые являются источниками некоторых психических заболеваний, таких, как шизофрения и аутизм.

Проводя исследования, ученые повторно запрограммировали нейроны одного определенного типа на их превращение в нейроны другого типа. После превращения нейронов ученые особо внимательно следили за "запрещенными" нейронными связями, особыми связями, которые остались от нейронов старого типа, но которые никогда не устанавливаются между нейронами нового типа.

"Мы продемонстрировали, что не только нейроны могут достаточно быстро изменить свой тип от одного к другому прямо в мозге живого существа" - рассказывает Паола Арлотта, - "Соседние с изменившимися нейроны определили произошедшие с соседями изменения и начали приспосабливаться к этим изменениям. В результате структура нейронной сети претерпела кардинальные изменения, все "запрещенные" синаптические связи исчезли и вместо них сформировалась новая "схема", состоящая из связей, подходящих для взаимодействия с нейронами нового типа".

"Все это демонстрирует то, что синаптические связи не возникают беспорядочно" - продолжает рассказывать Паола Арлотта, - "Строение и функционирование мозга намного более сложно, нежели мы сейчас это представляем себе. Нейроны различных типов сами знают про тип связей, которые они могут установить с соседями и они это используют для управления структурой соседнего участка глобальной нейронной сети".

Одной из главных задач, которую решает сейчас регенеративная нейробиология, является возможность использования стволовых клеток для воспроизведения нейронов, уничтоженных или поврежденных болезнями. "Все это делается в чашке Петри, но в скором времени, вместо выращивания нейронов нужного пациенту типа, мы можем вырастить нейроны другого типа, которые проще выращивать и более удобно вводить в мозг человека. А затем мы можем перепрограммировать эти нейроны на их перевоплощение в нейроны нужного типа".

Все исследования по превращению нейронов и реконфигурации синаптических связей были проведены с использованием мозга очень молодых грызунов, мозга, который более пластичен, нежели мозг взрослого животного. Но в ближайшее время ученые планируют проделать нечто подобное и с мозгом взрослого животного. "Если нам удастся сделать все это с взрослым мозгом, мы получим мощнейший инструмент для борьбы с некоторыми заболеваниями, которые сейчас считаются неизлечимыми" - рассказывает Паола Арлотта.