Как правило, пирамидные клетки и ГАМКергические интернейроны в головном мозге активируются одновременно. Однако команда нейробиологов из Нью-Йоркского университета недавно выявила уникальный класс нейронов, которые не срабатывают одновременно со всеми основными нейронами, клетками и интернейронами. Интересно, что команда обнаружила, что эти специфические нейроны наиболее активны во время спящего состояния не-REM (NREM) сна, когда все другие типы нейронов молчат.

“Как это часто бывает в науке, наше открытие было истинной случайностью”, – сказал MedicalXpress Дьердь Бузаки, один из исследователей, проводивших это исследование. “Собирая записи сна в глубоких слоях коры головного мозга, мы наблюдали, что всплески некоторых редких нейронов иногда происходили во время так называемых “СПЯЩИХ состояний”. Ни один нейрон не должен был делать этого, так как состояние ВНИЗ известно (и идентифицируется) по его полному нейронному молчанию (отсутствию спайков).”

Неокортекс, набор слоев в области мозга, называемой корой головного мозга, перезагружается тысячи раз каждую ночь от переходного процесса (50-300 мс) ВНИЗ состояние. В своем исследовании Бузаки и его коллеги определили класс нейронов, которые кажутся наиболее активными, когда все остальные нейроны (то есть возбуждающие пирамидные и тормозные нейроны) молчат в состоянии покоя во время NREM – стадий сна. В своих последующих экспериментах они показали, что эти нейроны представляют собой клетки нейроглии, обнаруженные в более глубоких слоях неокортекса, которые специфически экспрессируют гены, известные как ID2 и Nkx2.1.

При более глубоком изучении этого класса нейронов Бузаки и его коллеги обнаружили, что они имеют совершенно антагонистические отношения со всеми другими известными типами нейронов во всех состояниях бодрствования (т. Е. Это говорит о том, что эти нейроны могут иметь уникальную функцию, которая отличает их от всех других клеток мозга.

“Причина, по которой ни мы, ни другие не видели эти нейроны раньше, заключается в том, что они очень редки и требуют методов записи из больших ансамблей нейронов в поведении животных”, – объяснил Бузаки. “В нескольких записях мозговой активности, собранных у животных, мы не обнаружили ни одного, одного и редко двух или более из этих нейронов среди сотен обследованных нами. Учитывая новизну и предполагаемую важность этих нейронов, Мануэль Валеро, постдоктор нашей группы, решил провести широкомасштабный эксперимент, изучив все известные типы интернейронов, молекулярная идентичность которых позволяла идентифицировать их в поведении/спящем животном.”

Первоначально Валеро исследовал группу клеток, называемых нейронами, экспрессирующими оксид азота (nNOSs), поскольку предыдущие результаты показывают, что летучая молекула оксида азота играет ключевую роль в усилении медленных мозговых волн во время сна NREM. Интересно, что они обнаружили, что очень небольшая часть nNOSs стреляла во время пониженных состояний сна NREM.

3-мерная реконструкция сомы, дендритов и аксональной арборизации внутриклеточно заполненного нейрона lD2/Nkx2.1. Кредит: Valero et al.
“Однажды, когда мы были в лифте научного корпуса нашего университета, мы разговаривали с коллегой, который упомянул, что они работают над необычной группой нейроглиаформных клеток в глубоких кортикальных слоях, что может быть важно, потому что только эта группа интернейронов непропорционально увеличивается в мозге приматов”, – сказал Бузаки. – Этот коллега назвал их ID2/Nkx2.1, небольшая подгруппа семейства nNOS. К концу поездки на лифте мы договорились о сотрудничестве.”

Затем Мануэль Валеро показал, что когда светочувствительный канал экспрессируется этим уникальным классом интернейронов, свет, излучаемый на них микроскопическими светодиодами размером с нейрон, выявляет их идентичность.

Самая важная информация, которую удалось узнать исследователям, заключается в том, что почти все нейроны, экспрессирующие ID2/Nkx2.1, были активны именно во время НИСХОДЯЩИХ состояний нерЕМА сна. Это открытие может иметь важные последствия, поскольку оно предполагает, что эти нейроны имеют важнейшие физиологические функции, связанные с активностью мозга млекопитающих, когда млекопитающие или другие люди спят.

“Открытие нового типа нейронов в мозге-редкое событие”, – сказал Бузаки. “Открытие нейрона, активность которого во всех возможных отношениях антагонистична всем другим известным нейронам, действительно неожиданно, почти как обнаружение англоговорящей собаки. Все остальные протестированные интернейроны подавляли наши активные нейроны в НИЖНЕМ состоянии. Как показало наше исследование, они могут иметь решающее значение в регулировании продолжительности безмолвных состояний и влиять на последовательность рекрутирования пирамидных клеток, когда они перезагружаются из безмолвного состояния.”

В дополнение к выявлению этого класса нейронов, который особенно активен в пониженных состояниях сна NREM, Бузаки и его коллеги показали, что их искусственная активация препятствует улучшению памяти во время сна. Хотя собранные ими данные могут быть недостаточно существенными, чтобы строить предположения о полном функциональном репертуаре этих нейронов, их необычное взаимодействие с другими клетками мозга намекает на их возможное участие в различных нейронных вычислениях. Новые работы, изучающие эти нейроны, могли бы помочь лучше понять их функции, возможно, раскрывая их роль в очень специфических физиологических процессах.

“В наших следующих исследованиях мы планируем сосредоточиться на ряде исследовательских вопросов, таких как будет ли активация/инактивация нейронов, которые мы идентифицировали, влиять на структуру сна? Есть ли у них особые типы рецепторов, которые могут быть избирательно нацелены лекарствами? Что они делают, когда они спайк во время бодрствования? Присутствуют ли они с одинаковым соотношением в каждой кортикальной области или они обогащены в некоторых областях? И, наконец, почему эти нейроны чаще встречаются в человеческом мозге?”