|
Разное: В США запущена программа донорства живого мозга
|
Нейробиологи из Института изучения мозга им. Алена в Сиэтле (США) обращаются ко всем, кому предстоят операции на головном мозге, с предложением принять участие в их программе. Ее суть в сборе и сохранении живых образцов тканей и клеток мозга человека для проведения научных исследований. Живые образцы гораздо ценнее мертвой плоти, но даже ее достать непросто, поэтому добровольное донорство всячески поощряется.
Ученые из Сиэтла разработали методику получения живых фрагментов мозга, которая ничем не грозит пациентам. Донорами выступают те, кому предстоят операции на мозге, например, удаление опухолей или нейрохирургическое вмешательство для лечения эпилепсии. В ходе таких операций небольшие кусочки мозга в любом случае вырезаются, но вместо утилизации их мгновенно помещают в среду с питательными веществами, сохраняя жизненные функции.
Сегодня команда нейробиологов под руководством Эдда Лейна собирает полсотни образцов в год, но нужно гораздо больше – фактически, все что только можно собрать. Посмертные образцы удобны для изучения структуры, но не активности клеток. А с мозгом живого человека многие опыты нельзя ставить из-за технических и морально-этических проблем. Живые образцы от доноров – идеальный ресурс для изучения, однако помимо США пока нигде больше в мире подобные программы не запущены.
Прижизненное донорство мозга решает множество бюрократических проблем, если пациент ясно выразил желание пожертвовать и так не нужный ему фрагмент плоти. Это не угрожает его жизни, не требует финансовых затрат или сложных административных мер. В противовес этому, получение фрагмента мозга от усопшего – сложная и многоступенчатая процедура, к которой нужно привлекать ряд врачей разных профилей. И это при условии, что нет никаких религиозных, этнических и культурных препятствий, а они обычно есть. В таких условиях прижизненное сознательное донорство становится настоящей палочкой-выручалочкой для ученых, поэтому новая программа привлекла к себе немало внимания.
Ученые обнаружили в мозге «выключатель сознания»
Исследователи из Висконсинского университета в Мэдисоне (США) сообщают о новом прорыве в изучении функций мозга. Они применили на практике технологию «отключения сознания» с обратимым эффектом, сумев перевести живое существо из состояния, близкого к коме, в нормальное бодрствование одним нажатием кнопки. Пока опыты ставились на обезьянах, но уже активно ищутся добровольцы из числа людей.
Американские ученые сосредоточили внимание на латеральной части центрального ядра таламуса. Ранее было известно, что таламус является ретранслятором сигналов, станцией амплификации и обработки. Исследователи захотели понять в деталях, какую роль он играет в процессах бодрствования и сна, для чего разработали специальные электроды для точечного воздействия. Дополнительно они написали программу стимуляции, которая имитирует деятельность активного, бодрствующего мозга.
Подопытным макакам проводили глубокую анестезию, погружая их в бессознательное состояние, после чего запускали стимуляцию. Действие было практически мгновенным, животные приходили в себя и начинали вести себя так, будто и не отключались вовсе. Но это продолжалось недолго – пока по электродам бежал ток, а при отключении стимуляции они тут же возвращались в бессознательное состояние.
Ученые полагают, что человеческий мозг работает идентично. А это дает надежду на разработку новых датчиков, которые будут точно сигнализировать, бодрствует ли человек, даже если нет видимых внешних признаков. Например, чтобы исключить ошибки при анестезии во время длительных операций. Также на основе этого открытия могут появиться новые инструменты для выведения людей из комы и борьбы с нарколепсией.
Российские ученые нашли в здоровом мозге уникальный белок
Принято считать, что образование амилоидов — особой формы фибриллярных белков — приводит к болезням Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона. Оказалось, что в здоровых нейронах в амилоидной форме работает белок FRX1 — он контролирует память и эмоции. Результаты исследования, которое заставляет по‑новому взглянуть на функциональную роль амилоидов в головном мозге и на стратегию создания лекарств от нейродегенеративных заболеваний, опубликованы в журнале Scientific Reports.
Ученые из СПбГУ вместе с коллегами из Санкт-Петербургского филиала Института общей генетики имени Н. И. Вавилова с помощью экспериментов на лабораторных крысах показали, что в мозге здоровых и молодых животных белок FRX1 функционирует в амилоидной форме. Из литературных данных известно, что этот белок контролирует долговременную память и эмоции: мыши, у которых «выключен» ген, кодирующий FRX1, быстро запоминают даже сложные лабиринты, а те животные, у которых этого белка, наоборот, слишком много, не впадают в депрессию даже после сильного стресса. Кроме того, у людей «поломки» в гене, кодирующем FRX1, связаны с аутизмом и шизофренией.
«Раньше было известно, что в здоровом мозге в амилоидной форме могут только запасаться некоторые белковые гормоны. Они откладываются в секреторных гранулах в гипофизе, но, когда приходит время работать, секреторные гранулы лопаются и белки функционируют уже в нормальной, мономерной форме, — рассказал профессор кафедры генетики доктор биологических наук Алексей Галкин. — Мы же впервые показали, что белок может именно функционировать в мозге в амилоидной форме, причем как в виде олигомеров, так и в виде нерастворимых агрегатов. Кроме того, выяснилось, что амилоидная форма FRX1 может связывать молекулы РНК и предохранять их от деградации».
Исследования проводились с использованием оборудования Научного парка СПбГУ — ресурсных центров «Хромас» и «Развитие молекулярных и клеточных технологий». Обнаружить амилоидную форму белка FXR1 ученым помог метод протеомного скрининга амилоидов, который исследовательская группа разработала еще в 2016 году. Амилоиды в целом играют важную роль в жизни многих организмов: например, один из таких белков находится в пигментных клетках человека и влияет на то, как на кожу ложится загар. Однако сегодня интерес ученых к амилоидам связан в первую очередь с необходимостью найти лекарство от нейродегенеративных заболеваний, в которых эти белки играют ключевую роль.
«Наши выводы со всей очевидностью говорят о том, что создавать универсальное лекарство, которое будет разрушать все амилоиды в мозге, совершенно бесперспективно, — отметил Алексей Галкин. — Получается, нужно направленно искать средства лечения для каждой конкретной патологии».
Человеческий мозг способен превратить любой предмет в продолжение тела
Нейробиолог Люк Миллер из Университета Лиона во Франции в ходе последнего исследования доказал, что человеческое тело обладает развитой способностью к суперсенсорике. В частности, он продемонстрировал, что мы можем ощущать прикосновения не только предметов к своей коже, но и реагировать на контакты этих предметов с другими людьми.
Явление это в разных формах было известно давно, заслуга же Миллера в том, что он изучил протекание процесса в мозге человека. В ходе 400 экспериментов испытуемые держали деревянные палочки и пытались, не глядя, определить – в каких местах лаборант прикасается другой палочкой к их палочкам. И хотя разница в точках контакта была всего несколько мм, точность ответов достигла 96 %.
Данные с электроэнцефалограммы показали удивительные вещи – мозг испытуемых работал в штатном режиме, в нем протекали те же самые процессы, что и при прикосновении к коже. То есть, нервная система как бы сделала палочку продолжением себя, своим дополнительным сенсором. Компьютерное моделирование показало, что мозгу требуется всего 20 миллисекунд, чтобы отреагировать на вибрации, возникшие в палочке при контакте с другим предметом.
Анализируя результаты исследования, команда Миллера пришла к выводу, что им удалось найти некий важный эволюционный инструмент. Человек не только может использовать предметы, как продолжение органов чувств, он еще и адаптировался держать и применять их так, чтобы удобнее было считывать сигналы. Теперь ученые надеются, что их разработки послужат развитию протезов. Благодаря им искусственные конечности получат функции сенсоров и смогут передавать информацию об окружающей среде как и живые части тела.
Российские ученые создали мемристор — устройство, способное «запоминать» и «забывать» информацию
Физики из МФТИ сконструировали мемристор второго порядка и тем самым еще на шаг приблизились к созданию аналогового нейрокомпьютера. Легендарного, хотя пока и гипотетического устройства, которое копирует работу человеческого мозга при помощи иных механизмов. Ранее российские физики доказали несостоятельность мемристоров первого порядка, но на второй тип возлагают большие надежды.
Мемристором называется устройство для моделирования работы синапса, который хранит часть информации в виде связи с прочими синапсами. Но если им не пользоваться, не пропускать сигнал, связь ослабевает вплоть до полного исчезновения. Кроме того, работа синапса может быть разрушена под влиянием иных факторов, что открывает дорогу к моделированию и изучению такого явления, как забывание воспоминаний. В будущем нейрокомпьютере мемристоры выполняют функцию базовых «кирпичиков», из которых и выстроена его архитектура.
Мемристоры первого порядка строились на базе проводящих мостов наноразмера, которые оказались недолговечны – они самопроизвольно разрушались в процессе эксплуатации. Для второго поколения взяли сегнетоэлектрический оксид гафния, который под влиянием электрических импульсов переходит в состояния низкого, либо высокого сопротивления. Сложнее всего было подобрать правильную толщину пластины – экспериментально ученые установили, что нужно 4 нанометра и ни одним нанометром больше.
Мемристор второго порядка успешно прошел 100 млрд. тестов на выносливость, далее продолжать испытания не стали. Но помимо долговечности он обладает еще одним интересным свойством – из-за несовершенства технологий на границе между оксидом гафния и кремниевой подложкой сохраняются дефекты. Пока импульсы проходят часто, они пробивают этот барьер, но при бездействии проводимость начинает ослабевать, что и позволяет имитировать свойство синапса «забывать» информацию через разрушение связи.
Практической пользы от мемристоров второго порядка пока немного. Например, ученые спорят о том, каким должен быть механизм переключения мемристоров. Затем нужно научиться создавать на их основе ячейки памяти, с которыми будет удобно работать. И, наконец, разработать архитектуру нейрокомпьютера и проработать вопросы его интеграции с существующей электроникой.
Человеческий мозг можно научить видеть мир с помощью звука
На сегодня в мире существуют люди, которые лишены органов зрения, но научились успешно ориентироваться при помощи методики эхолокации. Но их крайне мало, и это сильно затрудняет изучение данного явления. В 2011 году для проведения эксперимента по изучению работы мозга таких уникумов удалось пригласить всего двоих «эхолокаторов», в нынешнем году ученые сумели собрать уже пятерых. И выяснили – новый навык изменил работу мозга таких людей весьма интересным образом.
При использовании эхолокации человек издает щелкающие звуки языком и слушает, откуда и с какой задержкой приходит отраженный сигнал этой звуковой волны. Точно так же, как это делают летучие мыши, дельфины или военные сонары. Но при измерениях мозговой активности ученые увидели, что обработка сигнала идет в первичной зрительной коре, при том, что зрение у этих людей не работает в принципе. Выходит, мозг произвел «перенастройку», чтобы выделить максимум ресурсов для обработки информации альтернативным способом.
В упомянутом эксперименте три группы по пять человек: слепые, эхолокаторы и зрячие люди, пытались определить, с каких направлений исходят разные звуки в комнате. Их самих в это время изучали на аппарате МРТ и выяснили, что карта активности нейроимпульсов в мозге у эхолокаторов была идентична карте зрячих людей. Но кардинально отличалась от карты у обычных слепых.
Ученым уже известно, что высшие кортикальные области тяготеют к обработке сигналов с точки зрения поставленной задачи, а не природы самого сигнала. И эксперименты с людьми-эхолокаторами подтверждают – их мозг научился «видеть», воспринимать окружающее пространство в трехмерном виде так же, как это делает зрячий человек. Это похоже на то, как компьютер строит 3D-картину объекта на основе удаленного сканирования. С ее помощью можно различить все в деталях и принять эффективное решение. Просто источником сигнала в данном случае служит звук, а не свет.
