Крысам пересадили часть человеческого мозга. Чего хотят добиться ученые?
14 октября 2022 15:09 Ольга Мурая
Органоид из клеток человеческого мозга, пересаженный в мозг крысы. Он был помечен флуоресцентным белком, поэтому на снимке светится зелёным.
Фото Stanford University.
Небольшие скопления клеток человеческого мозга, известные как органоиды мозга. Они чем-то напоминают структуру человеческого мозга, но не повторяют её полностью.
Фото Muotri Lab/UC San Diego.
Трансплантаты в мозге крыс успешно прижились. Они не только реагировали на сигналы от других областей мозга, но и сами могли отправлять сигналы, вызывавшие изменение поведения крыс.
Учёные успешно внедрили клетки человеческого мозга в мозг новорождённых крыс. Нейроны человека разрослись в крысином мозге и начали подавать признаки здорового функционирования. Станут ли от этого крысы «немного людьми» и зачем это нужно учёным?
Это на первый взгляд пугающее достижение науки открывает совершенно новый путь изучения сложных психических расстройств, таких как шизофрения и аутизм. Возможно, в результате учёные смогут испытывать новые методы лечения на таких «очеловеченных» крысах.
Изучать, как развиваются эти состояния, невероятно сложно — животные не испытывают те же самые ощущения, что люди, а мозг людей нельзя просто так вскрыть для проведения исследований.
Конечно, исследователи могут собирать в чашках Петри небольшие срезы ткани человеческого мозга, полученные из стволовых клеток.
Но нейроны не вырастают в пробирке до размеров, которых достигают человеческие нейроны в настоящем мозге. А по изолированным от тела нейронам к тому же невозможно сказать, какие симптомы вызовет тот или иной дефект.
Именно для того, чтобы преодолеть все эти ограничения, учёные и имплантировали органоиды человеческого мозга в мозг новорождённых крыс.
Небольшие скопления клеток человеческого мозга, известные как органоиды мозга. Они чем-то напоминают структуру человеческого мозга, но не повторяют её полностью.
Фото Muotri Lab/UC San Diego.
Для эксперимента неслучайно были выбраны детёныши крыс. Дело в том, что человеческие нейроны раньше уже пересаживали взрослым крысам. Но мозг любого животного перестаёт развиваться в определённом возрасте, и это ограничивает возможность приживления чужеродных клеток.
Проведя трансплантацию на ранних стадиях развития крысиного мозга, учёные увидели, что человеческие органоиды могут вырасти относительно большими, в них прорастают кровеносные сосуды — то есть к ним успешно подаются питательные вещества.
В результате человеческие ткани мозга могли занимать около трети полушария мозга крысы, пишут авторы работы.
Чтобы проверить, насколько хорошо нейроны человека взаимодействуют с мозгом и телом крысы, через усы животных продували воздух, чтобы вызвать электрическую активность в нейронах.
Это показало входную связь — внешняя стимуляция тела крысы обрабатывалась человеческой тканью в мозгу.
Затем исследователи проверили обратное: могут ли человеческие нейроны отправлять сигналы, которые тело крысы сможет воспринимать.
Для этого крысам пересадили человеческие нейроны, «обученные» реагировать на синий свет. Затем эти нейроны стимулировали синим светом, одновременно обучая крыс лизать носик поилки, чтобы получить воду.
Впоследствии, при активации нейронов синим светом крысы начинали лизать поилку автоматически.
Это говорит о замечательном достижении: сигнал, начинавшийся в пересаженных человеческих тканях, проходил весь путь по нервной системе крысы, вызывая поведенческую реакцию.
Также для создания некоторых органоидов использовались клетки мозга трёх пациентов с генетическим заболеванием: синдромом Тимоти. Он поражает сердце и нервную систему и обычно приводит к ранней смерти.
После поведенческих тестов крыс усыпили, извлекли и препарировали их мозг, что позволило исследователям изучить, как прижились органоиды на клеточном уровне.
Они обнаружили, что человеческие нейроны выросли намного крупнее любых нейронов, выращенных в пробирке. Они успешно «обосновались» в крысином мозге и образовали сети с «родными» нейронами крыс.
Нейроны у крыс с трансплантатами с синдромом Тимоти были менее развиты и образовывали иные синаптические связи с окружающей тканью мозга по сравнению с контрольными группами. Это новое открытие, которое не удалось бы сделать, изучая органоиды мозга в чашке Петри.
По словам авторов исследования, этот метод в конечном итоге можно будет использовать для тестирования новых лекарств.
Но он же и поднимает потенциально неудобные вопросы: сколько ткани человеческого мозга можно имплантировать крысе, прежде чем природа животного изменится? Будет ли этично проводить подобный «апгрейд мозга» у приматов?
Исследователи утверждают, что глубина интеграции нейронов человека с мозгом крысы имеет «естественные барьеры».
Мозг крысы развивается намного быстрее, а само животное живёт гораздо меньше, чем человек. Поэтому кора мозга крысы может интегрировать не так много человеческих нейронов.
Но у видов, более близких к человеку, таких барьеров может не быть, и авторы этой работы пока не поддерживают использование этой техники у приматов.
Новое исследование было опубликовано в издании Nature.
Больше поразительных новостей из мира науки и медицины вы найдёте в разделах «Наука» и «Медицина» на медиаплатформе «Смотрим».
наука медицина мозг психиатрия трансплантация крысы нейроны общество новости
основные отделы мозга и функции, которые они выполняют
Очень важную роль в нашем мозге играет кора больших полушарий. Именно она отвечает за аккумулирование, систематизацию и обработку всей самой сложной информации, которую получает наш мозг.
Именно здесь принимаются решения относительно того, что мы будем делать, как осуществляется рациональная деятельность и программируется поведение.
Если мы более внимательно посмотрим на то, как устроена кора больших полушарий, то увидим, что крупные борозды делят её на 5 глобальных отделов, каждый из которых выполняет очень важную функцию. Так затылочная доля отвечает преимущественно за обработку зрительной информации, височная кора занимается обработкой слуховой информации, островковая кора отвечает преимущественно за вкусовую и вестибулярную чувствительность.
В теменной доле можно выделить 2 отдела: соматосенсорную и ассоциативную кору. Соматосенсорная кора собирает и аккумулирует все сигналы от наших сенсорных систем. В ассоциативной теменной коре находится так называемая речевая картина мира, наше понимание и описание реальности, которое формируется и меняется на протяжении всей жизни.
В префронтальной коре также можно выделить 2 важных отдела: ассоциативную лобную долю и моторную кору.
Ассоциативная лобная доля –центр принятия наших рациональных решений (планирования, прогнозирования, фокусировки внимания и т.п.). За лобной долей, ближе к центральной борозде, рядышком с соматосенсорной коре, находится так называемая моторная кора. Она отвечает за выполнение нами сложных движений. Движения пальцев рук, ног, движения губ, языка регулируются именно отсюда.
Все перечисленные отделы головного мозга играют важную роль в его функционировании. Все они работают синхронно и выполняют те или иные функции в зависимости от ситуации, в которых мы оказываемся. Если мы попытаемся посмотреть, что лежит в основе работы мозга и что обеспечивает его синхронность, то здесь нужно разобраться в том, какие клетки его образовывают и как они работают.
Условно все клетки, которые мы можем обнаружить в головном мозге можно разделить на 2 большие группы: нейроны и клетки нейроглии. Нейроны обеспечивают функционирование мозга за счёт передачи электрических импульсов от клетки к клетке.
Клетки нейроглии обеспечивают жизнедеятельность нейронов, доставляя для них питательные вещества, удаляя из их сферы окружения то, что им не нужно, а еще они создают условия для генерации нейронами электрических импульсов и обеспечивают передачу этих импульсов максимально корректным способом.
Нейронов в мозге каждого человека порядка 86 миллиардов. Но для функционирования мозга важно не только, сколько у нас нейронов, но и то, какое количество каких связей они образовывают друг с другом. Чем больше нейронных связей будет в нашем мозге и чем прочнее, сложнее и разветвленнее они будут, тем эффективнее мы сможем принимать решения и аккумулировать информацию.
Что важно, в мозге каждого человека, вне зависимости от возраста, параллельно идут несколько процессов: образование, перестройка и распад (прунинг) нейронных связей. Образование и перестройка нейронных связей происходит тогда, когда мы аккумулируем информацию из окружающего мира и используем ее в процессе своей деятельности.
В случае, если полученная информация не используется, мозг избавляется от нейронных сетей, отвечающих за ее накопление. Именно эти процессы обеспечивают функционирование мозга и выполнение им всех тех функций о которых мы с вами сегодня говорили.
Как ваш мозг вырабатывает и использует энергию — Институт мозга Квинсленда
Ваш мозг, возможно, является самым голодным органом в теле, который потребляет примерно 20 процентов вашей энергии каждый день.
Большая часть этой энергии вырабатывается крошечными структурами внутри клеток, называемыми митохондриями, которые расщепляют сложные углеводы из нашей пищи на простые сахара.
«Учитывая, что мозг состоит примерно из 100 миллиардов нейронов, это дает вам представление о том, сколько энергии мозг использует и сколько ему нужно для выживания, и за это отвечают митохондрии», — говорит доктор Стивен Зурин из Квинслендского института мозга Университета штата Калифорния. .
Любопытно, что многое из того, что мы знаем о митохондриях, появилось благодаря изучению эволюции бактерий.
Примерно два миллиарда лет назад митохондрии были отдельными организмами, очень похожими на бактерии. На каком-то этапе предок наших клеток слился с одной из них. По прошествии всего этого времени у митохондрий все еще есть свой геном. Он намного меньше нашего основного генома и кодирует всего 37 генов. Но каждая митохондрия имеет целых 10 копий своего генома, а каждая клетка содержит от сотен до тысяч митохондрий. Следовательно, изменения в митохондриальной ДНК могут иметь большое влияние на организм.
«Теперь мы знаем, что существует более 30 заболеваний, вызванных мутациями митохондриальной ДНК, — говорит д-р Зурин. Он хочет понять, как мутации митохондриальной ДНК изменяются в отдельных клетках и во всем организме в течение жизни. Его исследования сосредоточены на понимании того, как эти мутации передаются или предотвращаются от передачи от одного поколения к другому.
Такие исследования могут дать представление о дегенеративных заболеваниях головного мозга, которые связаны с мутациями митохондриальной ДНК.
Мною движет любопытство и волнение, связанное с обнаружением скрытого кусочка природы, который создавался миллиарды лет.
Сосредоточив внимание на митохондриях, я хочу выяснить, как клетки фундаментально взаимодействуют со своими собственными внутренними электростанциями. С биологической точки зрения именно митохондрии буквально привели в действие взрыв эволюции и сложной жизни, требующей больших энергетических затрат, что привело к появлению множества разнообразных видов, которые мы видим вокруг себя, как растений, так и животных. Им нужны наши клетки, а нашим клеткам нужны они.
Однако с возрастом митохондрии могут изнашиваться. Вот почему митохондриальная дисфункция лежит в основе многих заболеваний человека, включая наследственные митохондриальные заболевания и, возможно, более распространенные возрастные заболевания, такие как слабоумие и рак. Понимание того, как клетки могут адаптироваться и восстанавливать митохондрии, важно для улучшения результатов лечения людей с заболеваниями, связанными с митохондриями.
Следующий рубеж — понять наномеханизм того, как это происходит, и определить возможные вмешательства для предотвращения повреждения митохондрий или улучшения восстановления повреждений, чтобы мы могли лечить болезни и, в конечном счете, продлевать функционирование клеток и нейронов перед лицом старения и болезнь.
Основное изображение: митохондрия на цветной трансмиссионной электронной микрофотографии (ПЭМ). Митохондрии находятся внутри клеток и являются источниками энергии. ( Кредит: Science Photo )
Каков объем памяти человеческого мозга?
Каков объем памяти человеческого мозга? | MedantaЗаказать услугу в Medanta
- 17 мая 2022
- #Brain
- #BrainDiseases
- #InstituteofNeurosciences
- #MedantaBlogs
- #MedantaHospitals
Мы часто удивляемся блестящей объему памяти силе друга или ребенка, с которыми мы сталкиваемся в жизни.
Возвращаясь к периоду Возрождения, когда художник проявлял огромный интерес к человеческому разуму, например, творчество Шекспира в формировании таких персонажей, как Гамлет, Леонардо Да-Винчи рисовал Витрувианского человека и оживлял его. Память человеческого мозга , несомненно, является одним из самых невероятных существующих органов. Вы будете удивлены, узнав фактов о памяти человеческого мозга.
Давайте разберемся с объемом памяти человеческого мозга
Жизнь нового века заставила нас осознать использование технологий в нашей повседневной жизни. Гаджеты, такие как компьютеры, планшеты и смартфоны, стали самой неотъемлемой частью нашей жизни. Когда мы думаем о замене этих гаджетов, мы в первую очередь рассматриваем память этого конкретного устройства. Давайте поймем фразы «мегабайты» и «гигабайты», которые помогут нам узнать объем памяти, который мы ищем, когда покупаем любой новый гаджет. Память человеческого мозга действительно гениальная вещь, которой мы одарены.
Память человеческого мозга далека от человеческого воображения. Человеческий мозг и нервная система склонны к проблемам, как и любая другая часть нашего тела.
Каков объем памяти человеческого мозга?
Человеческий мозг — это сложный орган, который управляет памятью, эмоциями, мыслями, осязанием, зрением, дыханием и всеми процессами, управляющими человеческим телом. Головной мозг в сопровождении спинного мозга образует нервную систему. Эксперты рассчитали память человеческого мозга, измерив связи между клетками мозга, и расшифровали это число в байты и единицы компьютерной памяти. Человеческий мозг содержит миллиарды нейронов, каждый из которых образует тысячи соединений. Один байт состоит из 8 бит, а человеческий мозг может хранить более одного квадриллиона байтов данных — петабайта. Как упоминалось в статье в журнале Scientific American, 
«Петабайт» означает 1024 терабайта или миллион гигабайт, так что мозг среднего взрослого человека может накопить эквивалент 2,5 миллионов гигабайт памяти. Согласно отчетам исследования, проведенного Стэнфордом, человеческий мозг конструктивно сравним с самыми авторитетными современными компьютерами. Кора головного мозга в человеческом мозгу обладает 125 триллионами синапсов, которые могут хранить до 2,5 петабайт общей емкости памяти.
Как работает объем памяти человеческого мозга?
Человеческий мозг направляет и принимает сигналы и знаки по всему телу. Различные сигналы управляют процессами, и мозг понимает каждый из них. Множественные сообщения зарезервированы в мозгу. Другие сообщаются позвоночником и массивными участками нервов тела до пределов длины. Центральная нервная система зависит от бесчисленных нейронов или нервных клеток. Каждый нейрон включает в себя тысячи синапсов, и информация, которую хранит мозг, определяется силой сетей между нейронами, которая зависит от размера синапсов.
Нейроны представляют собой состав трех жизненно важных фрагментов: сомы или сферической части, состоящей из ядра, дендритов или длинных ветвящихся участков, которые прикрепляются к другим клеткам, и аксона или длинного клеточного сегмента. Человеческий мозг отправляет, получает и в конечном итоге хранит данные и различную информацию. Мозг направляет информацию из коры, где хранятся нервные клетки мозга, в гиппокамп для хранения памяти. Он связывает память, обучение, ориентирование и восприятие пространства. Он получает информацию от коры головного мозга и может играть роль в развитии болезни Альцгеймера. Когда мы возвращаемся к воспоминаниям или событиям, процесс идет по обратному пути. В человеческом мозгу около 86 миллиардов нейронов и различные нейроглии, которые играют жизненно важную роль в качестве системы поддержки нейронов. Связь между нейронами важна, так как каждый нейрон может связываться примерно с 10 000 других.
Типы памяти
Память подразделяется на 3 широкие категории.
К ним относятся-
- Сенсорная память. Позволяет запоминать сенсорную информацию после прекращения действия стимула. Другие воспоминания начинаются после формирования сенсорных воспоминаний. Когда сенсорный опыт продолжает повторяться, он может перемещаться в кратковременную или долговременную память.
- Кратковременная память. Это позволяет вам вспомнить краткосрочную информацию в течение короткого периода времени. Согласно исследованиям, кратковременная память длится около 30 секунд. Вы можете сохранить информацию в кратковременной памяти, репетируя ее. Например, строка чисел.
- Долговременная память. Подавляющее большинство наших воспоминаний хранится в долговременной памяти. Любое воспоминание, которое мы можем вспомнить через 30 секунд, является долговременной памятью. Нет предела тому, сколько может хранить наша долговременная память и как долго. Он состоит из двух основных категорий: явных и неявных
Советы по улучшению памяти
- Откажитесь от курения и алкоголя и ограничьте потребление сладких и обработанных продуктов.
- Ешьте продукты, улучшающие память, такие как листовые зеленые овощи, орехи, ягоды, рыба.
- Регулярные физические упражнения стимулируют рост клеток головного мозга и выработку нейротрансмиттеров, улучшающих память.
- Достаточный сон. Старайтесь спать от 7 до 8 часов каждую ночь.
- Держите ум занятым и бросайте вызов с помощью обучения и стимуляции на протяжении всей жизни. Путешествия, изучение новых языков, игра на музыкальном инструменте, уроки рисования или кулинарии, разгадывание головоломок, настольные игры — все это способствует росту новых клеток мозга.
- Организованность помогает лучше запоминать информацию, как и определенные мыслительные привычки, такие как повторение имени человека, когда вас представляют, перефразирование разговоров и внимательное чтение.
- Медитация, снижение стресса и поддержание сети социальных отношений.
