Жалко мозжечок, который находится в задней части мозга, в основном, чтобы наши мышцы работали плавно. Все внимание привлекает его более крупный сосед, головной мозг. Это обитель интеллекта, обитель размышлений и планирования. Это то, что отличает людей от наших менее сообразительных предков. Мозжечок – что буквально означает "маленький мозг" – считается, что он просто сидит, помогая нам балансировать и дышать, как какая-то небольшая система отопления и вентиляции.
Но, может быть, ненадолго. В серии экспериментов, опубликованных 20 марта в журнале Nature, исследователи из Стэнфорда показывают, что нейроны в мозжечке реагируют на награды и учатся их предвкушать, что является первым шагом к гораздо более захватывающему будущему для младшего брата головного мозга, которого в значительной степени не замечают, и которое может открыть новые горизонты. направления исследований для нейробиологов, интересующихся корнями познания.
Традиционное мышление: не думать
Ученые предположили, что мозжечок помогает контролировать мышцы в основном из-за того, что произошло, когда он получил травму. "Если у вас нарушение мозжечка, первое, что вы видите, – это нарушение координации движений," сказал старший автор статьи, Ликунь Луо, исследователь из Медицинского института Говарда Хьюза, профессор биологии и член Стэнфордского Bio-X и Стэнфордского института неврологии.
По общему признанию, были некоторые намеки на большую роль мозжечка, но ученым было трудно понять эти намеки отчасти потому, что нейроны, составляющие большую часть мозжечка, трудно изучать. Эти нейроны, известные как гранулярные клетки, составляют 80 процентов нейронов мозга – все они упакованы в мозжечок, но только около 10 процентов его объема. При такой плотности обычные методы регистрации клеточной активности не работают, и без эффективного способа изучения гранулярных клеток в реальном времени ученые остались с неполной картиной того, что на самом деле делает мозжечок.
Новая технология и полезная авария, ожидающая своего часа
Появился Марк Вагнер, научный сотрудник лаборатории Луо, который руководил исследованиями с Тони Кимом, аспирантом лаборатории Марка Шнитцера, исследователем из Медицинского института Говарда Хьюза и доцентом биологии и прикладной физики. Вагнер не собирался выкупать мозжечок. Он просто хотел изучить, как мозжечок управляет мышцами у мышей, используя новую технику, которая позволила бы ему регистрировать гранулярные клетки в режиме реального времени.
Вагнер получил докторскую степень, работая со Шнитцером, который разрабатывает новаторские методы визуализации активности нейронов у плодовых мушек, мышей и других живых животных. Один метод, называемый двухфотонной визуализацией кальция, имел разрешение, необходимое Вагнеру для изучения гранулярных клеток мыши в действии.
Чтобы изучить моторный контроль, команде нужно было заставить мышей двигаться. В этом случае мыши получали сахарную воду примерно через секунду после нажатия небольшого рычага. Пока мыши нажимали на рычаги и получали свои награды, Вагнер записывал активность в гранулярных клетках каждой мыши, ожидая обнаружить, что эта активность в этих клетках будет связана с планированием и выполнением движений рук.
И в какой-то степени он был прав – некоторые гранулярные клетки действительно срабатывали, когда животные двигались. Но другие гранулярные клетки сработали, когда мыши ждали сладкого вознаграждения. И когда Вагнер украдкой забрал их награды, все еще активировались другие гранулярные клетки.
"На самом деле это было побочное наблюдение: они действительно реагируют на вознаграждение," Ло сказал.
Собираем мозг обратно
Это открытие – что-то вроде откровения. В течение 50 лет предполагалось, что гранулярные клетки – и, соответственно, мозжечок – выполняют только самые основные функции. Но потому что ни у кого не было инструментов, чтобы внимательно посмотреть на гранулярные клетки в действии, "мы просто не знали," Вагнер сказал.
Теперь, когда ученые лучше понимают, что происходит, Вагнер надеется, что это может привести к чему-то гораздо большему. "Учитывая, что большая часть нейронов находится в мозжечке, был достигнут относительно небольшой прогресс в интеграции мозжечка в более широкую картину того, как мозг решает задачи, и большая часть этого несоответствия заключалась в предположении, что мозжечок может только заниматься двигательными задачами," Вагнер сказал.
"Я надеюсь, что это позволяет нам объединить его с исследованиями более популярных областей мозга, таких как кора головного мозга, и мы сможем объединить их," Вейджер сказал, чтобы выяснить, что на самом деле происходит в наших головах.