Команда биологов расшифровала, как нейроны используются в восприятии формы движения в мозгу мухи – открытие, которое показывает, как сложные нейронные цепи строятся из простых правил развития.
Открытие, опубликованное в журнале Cell, предлагает новые пути к пониманию фундаментальных процессов, с помощью которых цепи в мозге формируются для обработки визуальной информации.
"Понимание того, как определяются нейронные идентичности и как нейронные цепи строятся в процессе развития, позволяет нам лучше понять начало неврологических расстройств," объясняет ведущий автор Филипе Пинто-Тейшейра, научный сотрудник кафедры биологии Нью-Йоркского университета и Центра геномики и системной биологии Нью-Йоркского университета в Абу-Даби. "В частности, мы можем уточнить наше понимание генерации общих принципов, которые направляют производство нейронов, полученных из стволовых клеток, и построение нейронных цепей, которые могут указывать на новые терапевтические достижения."
Исследование, проведенное в лаборатории профессора Клода Десплана в Центре геномики и системной биологии (CGSB) в Нью-Йоркском университете Абу-Даби и на кафедре биологии Нью-Йоркского университета, было направлено на раскрытие взаимосвязи между формированием нейронов и созданием нейронных цепей для обнаружения движения.
Динамика сложна – развитие функционирующей нервной системы требует, чтобы различные нейроны с определенными функциями были произведены после выполнения точных программ развития, которые устанавливают правильные нейронные сети. Видео этого процесса можно посмотреть здесь:
Ученые сосредоточили свои исследования на плодовой мушке Drosophila, которая обычно используется в биологических исследованиях в качестве модельной системы для расшифровки основных принципов, управляющих функциями мозга.
У этого вида визуальная информация от 800 единиц глаза или фасеток обрабатывается в различных структурах мозга в оптических долях, каждая из которых подразделяется на 800 совпадающих столбцов, которые проецируют в мозгу изображение мира, воспринимаемое сетчаткой. Например, информация о движении обрабатывается двумя параллельными путями: нейроны T4 обнаруживают движение ярких объектов на черном фоне, а нейроны T5 обрабатывают движение темных объектов.
T4 и T5 имеют четыре подтипа, каждый из которых реагирует на движение в одном из четырех направлений (назад вперед, спереди назад, а также вверх и вниз), так что все нейроны T4 и T5 с одинаковыми предпочтениями направления работают для поддержки восприятия самодвижение.
В своем исследовании ученые обнаружили, что нейроны Т4 и Т5 происходят из двух пулов стволовых клеток: один производит клетки, чувствительные к горизонтальному движению, а другой – к вертикальному движению.
Они обнаружили, что эти стволовые клетки затем полагаются на новый способ производства нейронов, при котором два последовательных деления клеток производят наборы из двух нейронов Т4 и двух нейронов Т5 с селективностью противоположного направления движения – например, одна пара Т4 / Т5 чувствительна к обратному взаимодействию. – движение спереди, а другое – вперед-назад.
"Поскольку нейроны T4 и T5 с избирательностью в противоположном направлении движения продуцируются одной и той же стволовой клеткой в одно и то же время, эти четыре нейрона синхронно проецируются в одно и то же положение в головном мозге, соответствующее определенной точке в визуальном пространстве," объясняет Desplan. "В результате организация нейрональных проекций напрямую зависит от порядка рождения нейронов, демонстрируя, как простые правила развития могут создавать сложную нейронную организацию."