Нейробиологи из Института Аллена опровергли давнее представление о том, что норадреналиновая система мозга работает как громкоговоритель, транслируя одинаковый сигнал по всем его отделам. Исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что эта система скорее напоминает адресную почтовую сеть, доставляющую точные сообщения в конкретные участки.
В центре системы находится небольшое скопление нейронов в стволе мозга – голубое пятно (locus coeruleus). Оно вырабатывает норадреналин – нейромедиатор, который регулирует внимание, обучение, сердечный ритм и реакцию на стресс. Ранее считалось, что все нейроны голубого пятна действуют синхронно, однако новые данные, полученные в экспериментах на мышах, доказывают обратное.
Ученые с помощью методов визуализации, генетического анализа и регистрации нейронной активности выяснили, что клетки голубого пятна разделены на функциональные группы. Нейроны в его верхней (дорсальной) части связаны преимущественно с корой головного мозга и передним мозгом. Эта группа клеток активизируется в процессе обучения, когда животные корректируют свое поведение после неудачного выбора.
В свою очередь, нейроны в нижней (вентральной) части голубого пятна посылают сигналы в основном в ствол мозга и спинной мозг. Их активность возрастает, когда мыши игнорируют сигналы о возможном вознаграждении. Это говорит о том, что данная группа нейронов регулирует общую вовлеченность животного во взаимодействие со средой. Различия в функциях подтверждаются и на генетическом уровне: у двух групп клеток выявили разные паттерны экспрессии генов.
В ходе исследования ученые также реконструировали полную структуру нескольких нервных клеток и обнаружили нейрон с аксоном – отростком, передающим сигналы, – рекордной длины 70,32 см. Это самый длинный нейрон, когда-либо измеренный у мыши. Несмотря на свою протяженность, он иннервировал только кору головного мозга, игнорируя мозжечок, ствол и спинной мозг, что дополнительно подтверждает принцип адресной доставки сигналов.
Открытие может изменить подходы к лечению ряда неврологических и психических расстройств. Нейроны голубого пятна одними из первых повреждаются при болезни Альцгеймера, а норадреналин является мишенью для препаратов от депрессии, тревожности и СДВГ. Существующие лекарства действуют на всю систему сразу, вызывая побочные эффекты. Понимание ее точной организации позволит в будущем разрабатывать препараты, которые будут воздействовать на конкретные нейронные контуры, связанные с теми или иными симптомами.
