Наши мозги содержат миллиарды нейронов, связанных триллионами синапсов. Несмотря на эту огромную сложность образец возможности соединения в мозгу высоко заказан и стереотипирован через людей тех же самых разновидностей. Общая организационная особенность мозга – расположение синаптических связей в слои. Почему мозг организует себя, этот путь не известен.
Ключ к разгадке значения слоев в мозгу прибывает из наблюдения, что синапсы беспорядочно не распределены среди различных слоев. Вместо этого конкретный слой будет содержать синапсы между определенными нейронными подтипами, приводящими к формированию слоев, которые содержат синапсы с подобными функциональными свойствами. Таким образом привлекательная идея состоит в том, что расслоение мозга во время развития – необходимый шаг в развитии синапсов между определенными нейронными подтипами, т.е. слои гарантируют, что тип A клетки только соединится с типом B клетки а не с типами C и D клетки, например.
Однако есть мало экспериментальных данных, демонстрирующих роль для слоев в установлении клетки определенные для типа связи между нейронами.Исследователи от Отдела Нейробиологии Развития, Николаса Николэоу и Мартина Мейера, использовали визуальную систему данио-рерио как образцовая система, чтобы обеспечить новое понимание роли слоев в мозгу. Главная визуальная область мозга данио-рерио, оптического tectum, получает вход от глаза через аксоны относящихся к сетчатке глаза клеток нервного узла (RGCs).
Эти аксоны организованы как очень точное пластинчатое множество в tectum. У данио-рерио, заблудившегося потеряны мутанты, которые несут мутацию в robo2 гене, многоуровневом расположении RGCs в tectum.
Авторы использовали заблудившееся мутант, чтобы учиться, как потеря слоистой нервной архитектуры влияет на функциональное развитие связей между аксонами RGC и их целевыми нейронами в tectum. Исследование сосредотачивается на развитии отборных направлением схем, которые позволяют животному сказать, какие объекты направления приближаются.
Открытие удивления исследования состоит в том, что в относительно зрелом, заблудившемся личинки данио-рерио, функциональные свойства отборных направлением схем идентичны замеченным у нормального данио-рерио. Кроме того, авторы нашли, что аксонам RGC удалось соединить с их намеченными целевыми нейронами в заблудившемся мутанта tectum. Эти результаты указывают, что формирование слоев не необходимо для установления функционального и тип клетки определенные связи. Кроме того, было найдено, что роль robo2 гена должна была вести рост не только аксоны RGC, но также и их целевые нейроны к общей тонкой пластинке.
Если слои в конечном счете не требуются для формирования функциональных нервных схем тогда, для чего они? Одна идея состоит в том, что, ведя рост соответствия нейронам к общему слою, Robo2 облегчает контакт между нейронами. Такой механизм ускорил бы процесс собрания схемы.
Чтобы проверить эту идею, авторы выполнили тот же самый набор экспериментов на намного младшем личиночном данио-рерио. У этих молодых животных был глубокий дефицит в развитии отборных направлением схем. Коллективно, эти результаты предполагают, что слоистая нервная архитектура в конечном счете необязательна для правильной проводки схем, но что расслоение важно для быстрого функционального развития этих нейронных сетей.’Показывая, что расслоение ускоряет функциональное развитие схем в мозгу, мы представили экспериментальные свидетельства, показывающие, для чего слои.
Для личиночного данио-рерио, которые кардинально зависят от видения для выживания, действительно имеет значение скорость’, сказал Николас Николэоу первый автор исследования.Мартин Мейер, ведущий автор исследования, сказал, ‘Наше исследование также показывает, как поразительно пластмассовый и приспосабливаемый развивающийся мозг.
То, что нейроны могут в конечном счете найти друг друга и в конечном счете сформировать функционально нормальные связи, когда сигналы расслоения потеряны, было чем-то, что мы не ожидали. Возможно, понимая такую пластичность мы можем получить важное понимание, как восстановить схемы, которые повреждены травмой или болезнью’.