Электрические жучки лезут к нам в мозг

Проводное устройство для исследования электрической активности различных структур мозга. Иллюстрация Physorg

Есть в штате Иллинойс (США) город с красивым названием Урбана-Шампань и университетом. Сотрудники его год назад сообщили о применении варианта магниторезонансной томографии (МРТ) в виде эластографии для определения эластичности гиппокампа. Эта структура мозга носит еще название «извилина морского конька». И лежит эта извилина на основании височной доли. Дело в том, что эпилептические припадки ведут к гибели нейронов, на месте которых развивается жесткая рубцовая ткань. И это еще больше усугубляет состояние пациентов, ведет к заболеванию, не купируемому с помощью лекарств.

Один из экспериментальных методов нейробиологии – регистрация активности нервных клеток. Поначалу это делали, накладывая металлические электроды на нейронные отростки (аксоны) гигантского кальмара. Очень удобный экспериментальный объект: сечение аксона этого гигантского головоногого моллюска достигает миллиметра! Столь экзотический экспериментальный метод принес более полувека назад двум англичанам Нобелевскую премию.

Сегодня микроэлектроника позволяет создавать устройства, регистрирующие активность отдельных нейронов. Одно из них в виде кольца с извитым проволочным «хвостом» было разработано сотрудниками Аризонского университета в г. Туксон.

Они же создали беспроволочное устройство, работающее в сочетании с инструментарием оптогенетики – возможностью активировать или подавлять нервную активность с помощью оптического лазера. Оптогенетика со времени ее создания в 2006 году в Стэнфорде принесла уже много открытий и дала возможность управления поведением лабораторных животных. Один недостаток: она буквально привязывает подопытных грызунов к оптоволоконному кабелю, что ограничивает свободное поведение.

И вот – сообщение в престижном журнале «Труды АН США» (PNAS) с описанием беспроводного устройства, которое не требует батарейного питания, толщиной не более листа бумаги и легко имплантируется под кожу. Новая платформа дает возможность использовать транскраниально – не нарушая целостности костей черепа – оптогенетику для изучения поведения свободно передвигающихся животных.

Как же удалось избавиться от батарейки? Вместо нее в Аризоне использовали достаточно мощную электрическую емкость, которая – опять же в сочетании с оптогенетикой– позволила управлять движением мышей, делавших повороты по командам ученых. Оптический сигнал они посылали с устройства, вживленного под кожу, исключая тем самым трепанацию черепа. Авторы полагают, что их подход позволит ускорить понимание мозговых механизмов и природу патологий, а также разработку эффективных лекарств для лечения эпилепсии. Это нейродегенеративное заболевание часто возникает в результате образования очага патологической активности в гиппокампе. Но локализовать его даже с помощью МРТ бывает затруднительно, хотя это крайне важная информация для нейрохирургов.

В Университете Западного Онтарио (Канада) придумали, как «разворачивать» структуру гиппокампа. Это позволяет точнее определить соотношение участков старой и новой коры в этой крайней важной для обучения и формирования памяти структуре. Новая кора имеет 5–7 слоев клеток, в то время как в гиппокампе их всего три. Авторы надеются с помощью такого подхода преодолеть недостатки ныне существующих методов, не позволяющих точно «переводить» гиппокамп в 2D-изображение. Поможет их алгоритм и нейроанатомам, поскольку позволит проводить сравнение гиппокампальных структур разных людей, зачастую не совпадающих друг с другом.

Успех был достигнут канадскими нейробиологами после получения нового аппарата, позволяющего получать изображения ультра-HD. Сейчас ученые работают над созданием искусственного интеллекта, который сделает «разворот» мозговых структур рутинным делом даже для обычной клиники. Это очень важно при исследованиях людей с болезнью Альцгеймера. Для них новый подход может стать весьма чувствительным маркером изменений в мозге задолго до появления первых симптомов.