Международное сотрудничество нейробиологов опубликовало сегодня в журнале Nature статью, демонстрирующую широту нейронных коммуникаций в зрительной коре головного мозга с использованием комбинации методов отслеживания проекций отдельных нейронов в головном мозге.
В классических моделях зрительной системы информация перетекает из «первичной» зрительной коры (V1) в более специализированные, расположенные ниже по потоку области, которые фокусируются, например, на движении изображения или форме изображения. Однако детали того, как отдельные клетки несут эту информацию, не понятны.
Профессор Том Миссис-Флогель, один из главных авторов статьи и руководитель проекта в Biozentrum Базельского университета и директор Sainsbury Wellcome Center, прокомментировал:
"Понимание мелкомасштабной анатомии, с помощью которой отдельные нейроны распределяют сигналы своим целям, является решающим шагом для установления взаимосвязи между нейрональной структурой и функцией."
До сих пор оставалось неясным, была ли передача информации из первичной зрительной коры в значительной степени "один нейрон – одна целевая область", или если отдельные нейроны распределяют свои сигналы по нескольким нижестоящим областям.
Хотя исследование, проведенное нейробиологами из Центра нейронных цепей и поведения Sainsbury Wellcome, совместно с Cold Spring Harbor и Biozentrum, подтвердило существование специальных проекций на определенные области коры; ученые обнаружили, что это было исключением, и что большинство первичных нейронов зрительной коры передают информацию нескольким целям.
Justus M. Кебшулл, один из первых авторов статьи в Колд-Спринг-Харбор, прокомментировал:
"Наши результаты показывают, что отдельные нейроны зрительной коры проецируются на несколько целей в неокортексе. Это означает, что их сигналы широко распределены и что отдельные нейроны участвуют во множестве параллельных вычислений в неокортексе."
В документе Nature команда описывает два дополнительных метода, которые они использовали для отображения паттернов проекции. Во-первых, они использовали отслеживание аксонов на основе флуоресценции всего мозга, пометив нейроны в правой зрительной коре каждой мыши с помощью GFP, а затем визуализировали проекции аксонов с помощью серийной двухфотонной томографии всего мозга.
Справочный атлас мозга мышей Аллена затем был использован для определения областей, в которых наблюдались окончания аксонов. Было обнаружено, что нейроны первичной зрительной коры (V1) мыши обладают высокой степенью проекционного разнообразия, и было обнаружено, что большинство отдельных нейронов слоя 2/3 распределяют информацию по нескольким областям, а не проецируются на одну цель. Такие нейроны были названы широковещательными нейронами.
Во-вторых, исследователи использовали высокопроизводительное секвенирование ДНК нейронов с генетическим штрих-кодом (MAPseq), чтобы определить, нацелены ли широковещательные нейроны на корковые области случайным образом, или они предпочтительно нацелены на определенные подмножества областей или избегают их, тем самым указывая на структуру более высокого порядка.
Тысячи отдельных нейронов V1 были уникально помечены случайными последовательностями РНК, по сути штрих-кодами. Каждый помеченный нейрон затем переносит штрих-код в свои собственные аксональные отростки, где они могут быть считаны с помощью высокого уровня на протяжении всего секвенирования рассеченной целевой области для определения целей проекции этого конкретного нейрона в более высокие области зрения.
Профессор Энтони Задор, еще один старший автор и руководитель проекта в лаборатории Колд-Спринг-Харбор, объясняет революционный метод:
"Последовательности РНК, или «штрих-коды», которые мы доставляем отдельным нейронам, безошибочно уникальны, и это позволяет нам определить, адаптированы ли отдельные нейроны, в отличие от целых регионов, к конкретным целям."
Этот метод показал, что большинство нейронов V1 проецируются в более высокие зрительные области неслучайным образом. Было идентифицировано шесть проекционных мотивов, которые отражают несколько подклассов проекционных нейронов для расходящейся передачи информации от V1 к более высоким визуальным областям.
Исследователи заявляют, что результаты исследования "предполагают функциональную специализацию субпопуляций проекционных клеток за пределами картирования «один нейрон – одна целевая область».
"Следующей частью головоломки будет понимание того, что каждый из этих проекционных мотивов делает для визуальной обработки и восприятия и как эти паттерны дальнодействующей связи устанавливаются во время разработки," Профессор миссис-Флогель заключила.