Текст уведомления здесь

Искрят как настоящие

Ученые обнаружили у человеческого мозга, выращенного «в пробирке», такую же активность, что и у мозга недоношенного младенца

Группа ученых из Университета Калифорнии вырастила в чашке Петри кусок коры головного мозга человека и впервые зафиксировала в нем электрическую активность, похожую на активность мозга младенцев, родившихся недоношенными. Корреспондент «Чердака» выяснил, в чем особенность этого открытия.
Добавить в закладки
Комментарии

Мозг и ритмы

Нейробиологи уже давно выяснили, что формирующийся мозг испускает спонтанные электрические импульсы. Не до конца понятно, почему это происходит, но ясно, что электрическая активность — признак живой ткани. При этом в раннем младенчестве, пока связи между нейронами только формируются, их электрическая активность довольно хаотична, без явно выраженных паттернов. Зато мозг взрослого человека «пульсирует» весьма ритмично, и эти «передачи», получившие названия альфа-волн (в полосе частот от 8 до 14 Гц), бета-волн и так далее до лямбды, отличаются по частоте и амплитуде волн.

Вообще, связь разных ритмов мозга с разными состояниями сознания, типами поведения, психическими отклонениями и даже отдельными категориями мышления сама по себе давно не новость. Например, бета-ритм фиксируется, когда человек бодрствует и концентрирует на чем-то внимание, а вот дельта-ритм (медленные волны) наблюдается, когда мы спим. По причине такой связи электрические колебания мозга — возможный признак процесса, во время которого группы нейронов продуцируют сознание и поведение наблюдаемого животного. Эксперименты на новорожденных мышах показали, что определенные паттерны мозговой активности появляются у них непосредственно до и сразу после рождения. Однако зафиксировать, когда именно возникает электрическая активность мозга у эмбрионов человека, практически невозможно — из-за технических сложностей и юридических тонкостей, так что мы до сих пор не понимаем, как формируется мозговая активность у людей и в какой момент это начинает происходить.

Подсвеченные флуоресценцией кортикальные нейроныФото: Shutterstock

Мозги в чашке

А теперь вот группа нейробиологов из Университета Калифорнии сделала новый шаг к пониманию электрической активности мозга человека. Выращенные ими нейроны коры головного мозга впервые испустили электрический сигнал, похожий на сигнал живого человеческого мозга. Группа под руководством доктора Алиссона Муотри взяла плюрипотентные стволовые клетки от взрослого человека и вырастила из них в чашках Петри сотни культур нейронных клеток коры головного мозга, которая занимается познанием и обработкой сенсорной информации. Культура выглядит как уменьшенная трехмерная модель настоящей коры, воспроизводя ее структуру как на уровне клеток, так и на уровне молекулярных процессов. Взяв на пробу отдельные клетки, ученые подтвердили, что там экспрессируется тот же набор генов, что и в настоящих развивающиеся клетках мозга. В течение всего времени роста клеток ученые методом электроэнцефалографии (ЭЭГ) фиксировали электрическую активность на их поверхности. Через шесть месяцев наблюдения одна из клеточных культур начала испускать электрические импульсы с более высокой частотой, чем другие образцы «мини-мозгов», что очень удивило команду.

Группа нейронов коры мозга, выращенная в чашке Петри, показывала необычные паттерны ЭГГ. Решив проверить, на что это может быть похоже, ученые применили нейросеть, которую обучили отличать друг от друга электроэнцефалограммы разных мозговых ритмов на разных стадиях развития мозга. Оказалось, что паттерны электрической активности выращенных в чашке «мини-мозгов» совпадают с активностью мозга младенцев, рожденных на 25—39 неделе после зачатия, то есть недоношенными. До сего момента у ученых не было свидетельств того, что искусственно выращенные структуры могут создавать нейронную активность, похожую на активность человеческого мозга, пусть и недоразвитого.

Ходжин Сан, нейробиолог из Университета Пенсильвании, считает, что такое сходство показывает, что органоиды вполне можно использовать, чтобы изучать расстройства развития мозга, такие как эпилепсия или аутизм. Кроме того, с их помощью можно изучать, как в принципе возникают ЭЭГ-ритмы в человеческих мозгах.   Сампса Ванхалато, нейрофизиолог из Университета Хельсинки говорит, что, если мини-мозги испускают те же волны, что и мозги младенцев, это вовсе не значит, что они и функционируют так же. А доказать это будет крайне сложно, потому что ученые в принципе мало знают о том, как устроены мозги младенцев. Вопрос, могут ли такие искусственные мозги развить сознание, хоть и встает, но непонятно, как на него отвечать, поскольку ученые до сих пор не могут определить, что, собственно, считать сознанием у взрослых и когда оно появляется у детей.  Как говорит сам руководитель исследования Алиссон Муотри, выращенные клетки коры даже не близки к тому, чтобы стать настоящим человеческим мозгом. Они не содержат все виды клеток, содержащихся в коре, и не соединены с другими регионами мозга.

Сотрудник кафедры высшей нервной деятельности МГУ Инга Полетаева также отмечает, что ничего особенно сенсационного в данном исследовании нет — просто ученые научились делать органоиды из клеток эмбриональной коры, которые в чем-то моделируют активность организованных клеточных групп, но ритмичные электрические импульсы ранее наблюдались и в культурах крысиных и мышиных клеток. Причем более ранние эксперименты показали, что спонтанная электрическая активность может возникать уже в культуре из всего лишь 12 клеток.

Теперь группа собирается растить культуры нейронов в течение еще более длительного времени, чтобы увидеть, какие еще сюрпризы они преподнесут. Исследователи хотят выяснить, смогут ли функционировать такие структуры как обычная кора мозга — для этого их будут соединять с некими устройствами, которые эмулируют деятельность других отделов мозга или тела.  

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Чужие внутри нас (возможно, папины)

Оказывается, митохондрии все-таки могут наследоваться от отца. А чего еще мы не знаем о митохондриях?

До сих пор считалось, что митохондрии (вместе со своими ДНК и генетическими болезнями) передаются только по материнской линии. Но только что выяснилось, что митохондриальные мутации дети могут наследовать и от отца. «Чердак» рассказывает о том, как это обнаружили, и заодно вспоминает, чего еще мы не знаем о митохондриях.
Добавить в закладки
Комментарии

[ ... ]

Читать полностью
Эталон килограммаNPL / Fiona Auty, the NPL Graphics Team

Постгиря в эпоху метаопределений

С этого дня мир не нуждается в материальном эталоне килограмма

Только что Международное бюро мер и весов пересмотрело определение нескольких фундаментальных мер. С 20 мая 2019 года килограммы, амперы, кельвины и моли будут определяться иначе. «Чердак» объясняет, почему решение бюро знаменует конец грандиозной эпохи — времени, когда килограммы и метры были кусками косной материи, что хранились под чутким присмотром специалистов.
Добавить в закладки
Комментарии

Дитя революции

Все эти преобразования касаются системы единиц СИ (от французского Système international, то есть «международная система»). Она говорит нам, количество чего именно мы принимаем за единицу при измерении протяженности в пространстве и времени, массы, силы тока, температуры, яркости и количества вещества. В некотором смысле можно сказать, что мир, в котором мы с вами обитаем, на самом деле семимерный, потому что ко всему, что мы здесь встречаем, мы можем подойти как минимум с одной измерительной линейкой из семи. Такие величины, как сила (ньютоны), мощность (ватты) или какая-нибудь поглощенная доза ионизирующего излучения (зиверты) уже не независимы, а производны: например, ньютон равен килограмму, умноженному на метр и поделенному на секунду в квадрате.

Древние греки меряли пространство в ладонях (египтяне — в локтях царствующего фараона), а массу — в минах (для этого использовались специальные гирьки), британцы с американцами продолжают пользоваться в быту милями, футами и фунтами. Нам не особенно важны точные метрики вещей до тех пор, пока мы не начинаем серьезно задаваться вопросами об этих самых вещах, да еще и формулируем эти вопросы, начиная со слова «сколько». У ученых, однако, с этим все ровно наоборот. Поэтому именно они всегда были озабочены тем, чтобы линейки, которые мы прикладываем к окружающему нас миру, были как можно более точными и, что не менее важно, одинаковыми у всех и при любых условиях. К концу XVIII века в одной только Франции, по слухам, число разнообразных мер достигало четверти миллиона — ну как тут сравнить полученные данные двум астрономам, живущим вдали друг от друга?  [ ... ]

Читать полностью

Плавучие университеты: точка роста

Как объединить вузы, академическую науку и индустрию

Плавучие университеты – это не только возможность соединения вузовской и академической науки, но и подготовка молодых исследователей, возможность совершать новые открытия в самых различных сферах, а также продвижение российской науки и высшей школы на мировой арене.
Добавить в закладки
Комментарии

12 ноября в пресс-центре информационного агентства ТАСС состоялась дискуссия  «Плавучие университеты: точка роста. Как объединить  вузы, академическую науку и индустрию», организованная порталом «Чердак» (www.chrdk.ru) при поддержке  Министерства науки и высшего образования РФ.

В дискуссии принимали участие доцент кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых МГУ, один из основателей успешно работавшего плавучего университета МГУ Григорий Ахманов, владелец первого в России частного НИС «Картеш» Сергей Бедаш, а также представители Гагаринского плавучего университета. Кроме того, в дискуссии принимают участие начальник отдела координации и обеспечения деятельности научно-исследовательского флота, полигонов и экспедиций Евгений Наумов и заместитель директора Департамента координации деятельности научных организаций Наталия Голубева.

Модератором выступил член Общественного совета Минобрнауки, обозреватель ИД «Комсомольская правда», заведующий лабораторией НИУ ВШЭ Александр Милкус.

[ ... ]

Читать полностью