Чтобы отличать знакомое от незнакомого, нейронам мозга нужна помощь служебных клеток астроцитов, которые поддерживают в мозге особые электрические волны, необходимые для высших когнитивных функций.

Когда что-то захватывает наше внимание, когда в поле зрения появляется нечто новое, или, напротив, когда мы ждём что-то знакомое, в мозге рождаются особые электрические ритмы, называемые гамма-ритмами. Они рождаются из совместной и сложно организованной активности большого числа нейронов. В точности смысл и предназначение гамма-ритмов до сих пор непонятны, однако считается, что они появляются тогда, когда в мозге включаются высшие когнитивные функции. Нарушения в этих электрических волнах могут свидетельствовать о самом широком спектре заболеваний, от аутизма и эпилепсии до шизофрении и синдрома Альцгеймера.

Клетки мозга человека: нейроны (синим) и служебные глиальные клетки – астроциты (красным) и олигодендроциты (зелёным). (Фото Cheri Adm / Flickr.com).

Как выяснили нейробиологи из Института Солка, в управлении гамма-ритмами большую роль играют вспомогательные клетки мозга, называемые астроцитами. Их можно назвать клетками-няньками для нейронов: астроциты служат физической поддержкой для них, помогают расти и мигрировать, регулируют поток питательных веществ и формируют гематоэнцефалический барьер, защищающий нейроны от возможных патогенов, которые могли бы прийти из крови. Но это, как оказалось, далеко не всё.

Стивен Хейнеман (Stephen Heinemann) и его коллеги заметили, что в мозге мышей непосредственно перед гамма-волнами в астроцитах активировались сигнальные молекулярные пути, использующие ионы кальция. Тогда исследователи предположили, что астроциты непосредственно участвуют в формировании электрических волн. Для проверки гипотезы мышам вводили токсин, который отключал у астроцитов сигнальные ионные каналы и подавлял способность клеток общаться между собой. При этом на нейроны токсин не действовал. Оказалось, как пишут в PNAS авторы работы, после отключения астроцитов гамма-волны становились короче; если же действие токсина прерывали, то гамма-волны восстанавливались до своей обычной величины.

Животные с отключёнными астроцитами выглядели вполне здоровыми, однако когнитивные тесты выявили существенные отличия от нормальных особей: подавление сигналов вспомогательных клеток изменяло восприятие нового объекта. Если обычные мыши уделяли новому предмету намного больше внимания, чем старому и давно знакомому, то обработанные мыши не видели различий между ними. То есть у животных как бы полностью исчезал раздел памяти, помогающий отличать новое от старого.

Астроглия (совокупность астроцитов) долгое время считалась исключительно вспомогательной системой. Со временем, однако, нейробиологи начали фиксировать случаи, когда служебные глиальные клетки напрямую вмешивались в работу нейронов. Порой нейроглия выступала как регулятор работы нейронов – подобно диспетчеру или модератору, который решает, куда какое сообщение пропустить. В прошлом году исследователи из Массачусетского технологического института опубликовали статью, в которой обсуждали связь между эпилепсией и аномалиями в работе глиальных клеток. Те же астроциты могут выделять нейромедиаторы и, как считается, они регулируют медленноволновую активность во время сна.

При всём при том астроциты работают всё же медленнее, чем нейроны, и никто не ожидал, что они смогут влиять на когнитивные процессы, требующие быстрой реакции. Отсюда, впрочем, не следует, что они на самом деле работают быстрее – скорее всего, астроциты обеспечивают нейрохимическю среду, подходящую для распространения «высококогнитивных» гамма-волн. Возможно, служебные клетки помогают нейронам сформировать правильные синапсы и тем самым запомнить нужные сведения, однако как именно это происходит, станет понятно из дальнейших экспериментов.