Нейрофизиологи выяснили, что в информационных процессах, протекающих в мозгу, участвуют не только нейроны. Оказывается, здесь замешаны клетки, которые долгое время считались вспомогательными клетками нервной ткани -- астроциты.
Незаслуженно забытые
Астроциты – клетки мозга, входящие в состав нейроглии, ткани-окружения нейронов. Долгое время они выпадали из внимания ученых. Им отводили служебную роль – поддержание структуры нервной ткани и обеспечение активности нейронов. Последние исследования показали, что это не так. Недавно ученые выяснили, что астроциты очень важны в регуляции циклов сон-бодрствование.
Профессор предложила новый подход, позволяющий «услышать» активность астроцитов. Она разработала лазерную систему, которая отслеживала активность клетки, оценивая количество ионов кальция внутри нее. Этот метод позволил ее команде заглянуть в «секретную жизнь» астроцитов.
Две системы коммуникации
Нэнси Энн Оберхейм (Nancy Ann Oberheim) и ее коллеги изучили ткань человеческого мозга, взятую от 30 пациентов в процессе хирургических операций по лечению эпилепсии и опухолей мозга. Они увидели, что астроциты используют ионы кальция, чтобы посылать сигналы нейронам, а нейроны отвечают им. В этом диалоге астроциты выступают как полноправные партнеры в работе мозга.
По мнению ученых, можно говорить о двух сигнальных системах мозга: одна состоит из нейронов, другая из астроцитов. Нейроны посылают сигналы быстро и на большие расстояния. Астроциты, в противоположность им, посылают медленные сигналы, и выяснить функции этих сигналов – задача будущих исследований.
«Две коммуникационные системы мозга используют разные языки, -- говорит Мэйкен Нидергаард. – В нейронах в совершенстве реализована электрическая система коммуникации для быстрого сигнала на дальние расстояния. Система коммуникации астроцитов работает в 10 тысяч раз медленнее, но, возможно, она нужна для более глубокой обработки информации, ее хранения и извлечения ее из памяти».
Она добавляет, что в организме больше нет ни одной ткани, в которой были бы так тесно перемешаны два типа клеток, как астроциты и нейроны в нервной ткани. Оба типа клеток организованы в виде сети. Очень интересно выяснить в деталях, как эти две сети взаимодействуют между собой.
Астроциты отличают человека от мыши
На тонких срезах ткани ученые сравнили астроциты мозга человека, крысы и мыши. Вот какие различия они описали:
- астроциты человека посылают сигналы в пять раз более быстрые, чем астроциты мыши. В человеческих клетках содержится в 10 раз больше белка GFAP, который обеспечивает межклеточные контакты;
- человеческие астроциты организованы в более сложные структуры – домены, чем мышиные астроциты. Типичный мышиный домен включает десятки тысяч таких контактов, в то время как человеческий домен может включать до двух миллионов контактов;
- самые многочисленные типы астроцитов – протоплазмические и волокнистые, или фиброзные, у человека оказались более чем вдвое крупнее, чем у грызунов. Кроме того, у человека нашлись несколько новых типов астроцитов, которых нет у крыс и мышей;
- окончания протоплазматических астроцитов, которые оборачиваются вокруг кровеносных сосудов мозга, у человека покрывают стенку сосуда более плотно, чем у крыс и мышей. Возможно, у человека они играют более важную роль в поддержании гематоэнцефалического барьера между кровью и мозгом и в регуляции мозгового кровотока.
Восстановление в правах
«Догмы медленно меняются, а одна из догм нейрофизиологии – то, что астроциты обслуживают нейроны и ничего более, -- говорит Оберхейм. – Но теперь мы поняли, что астроциты – полноправные участники работы мозга».
Несмотря на то что количество астроцитов в 10 раз превышает количество нейронов, нейроны все время рассматривались в качестве единственной мишени для действия лекарств при заболеваниях мозга. Теперь ученые полагают, что астроциты играют важную роль в состоянии мозга после инсульта, при болезни Альцгеймера, эпилепсии и повреждениях спинного мозга.
Статья группы Нидергаарда опубликована в Journal of Neuroscience.
