Алексей Миходюк / Лента

Есть такое понятие, как обострение нюха, слуха и конечно зрения. Под воздействием ввп коэффициенты усиления сигнала возрастают и... что вполне естественно, ситуация изменяется. Возможно меняется далеко сам принцип приёма и обработки зрительного сигнала. Но держать в таком режиме физиологическую систему зрения не стоит.

Пока нет комментариев

ЧЕМ ЗРЕНИЕ ПОХОЖЕ НА ОСЯЗАНИЕ?
Отрывок из книги нейробиолога Ричарда Маслэнда "Как мы видим. Нейробиология зрительного восприятия".

...Основные принципы работы нашей осязательной и
зрительной систем очень похожи. Их сенсорные нейроны, по сути,
делают одно и то же. И зрение, и осязание сводятся к тому, чтобы
передать в мозг информацию о стимулах, воздействующих на
определенный участок пласта сенсорных клеток – в коже или сетчатке.

Обе системы состоят из разнообразных типов рецепторов. В той и
другой индивидуальные нейроны реагируют на стимулирование
ограниченного рецептивного поля и сообщают мозгу конкретные виды
информации.

Но что касается зрения, то здесь мы знаем намного
больше о том, как головной мозг принимает, обрабатывает и
интерпретирует сигналы, поступающие от сетчатки глаза.

...Отдельные иннервирующие кожу нейроны сообщают мозгу разные виды информации о воздействующих на них стимулах. Этот же фундаментальный принцип лежит в основе
работы зрительной системы: каждое волокно зрительного нерва
передает в мозг информацию об одном небольшом участке и одном
конкретном аспекте видимого мира.

Сетчатка, по сути, представляет собой микропроцессор, подобный
тому, что находится в вашем смартфоне, фотоаппарате или
электронных часах. Она содержит множество разных типов нейронов,
о которых дальше мы поговорим очень подробно. А пока давайте
посмотрим, как сигналы с сетчатки передаются в головной мозг. Это
делается посредством нейронов дальней связи, называемых
ганглионарными клетками сетчатки (и аналогичных осязательным
нейронам, идущим от кожи к спинному мозгу). Сетчатка человеческого
глаза содержит около миллиона ганглионарных клеток. Они собирают
входные сигналы от нескольких типов внутренних нейронов сетчатки
и посылают их в мозг через зрительный нерв, который образован из
соединенных в пучок длинных аксонов ганглионарных клеток.

Первое серьезное исследование ганглионарных клеток сетчатки
было предпринято американским ученым венгерского происхождения
Стивеном Куффлером. Хотя научный интерес Куффлера был
сосредоточен на другом предмете – а именно на механизме
синаптической передачи, судьба в какой-то момент свела его с
офтальмологией. Немало попутешествовав по миру, после Второй
мировой войны он получил место на кафедре офтальмологии
Университета Джонса Хопкинса. Отчасти из благодарности к своим
работодателям он провел экспериментальное исследование, которое по сей день остается фундаментальным для нашего понимания феномена зрения.

Примерно в 1950 г. Куффлер занялся изучением электрической
активности одиночных ганглионарных клеток в сетчатке глаз кошек,
находящихся под воздействием глубокого наркоза. Исследователи
вводили в глаз животного микроэлектрод, подводили его к
ганглионарной клетке, после чего регистрировали генерируемые
клеткой последовательности импульсов при стимуляции поверхности
сетчатки пятнами света. Пятна света должны были быть очень
мелкими, чтобы имитировать изображения объектов внешнего мира,
которые, как известно, отображаются на сетчатке в сильно
уменьшенном виде – например, изображение моего ногтя большого
пальца на расстоянии вытянутой руки на сетчатке не превышает в
размере 0,4 мм.

Куффлер заметил, что сигналы ганглионарных клеток сетчатки
очень похожи на сигналы сенсорных нейронов кожи. Каждая
ганглионарная клетка отвечала за один небольшой участок
поверхности сетчатки – свое рецептивное поле. Самая маленькая
рецептивная зона в кошачьем глазу имела размер около 40 мкм или
0,04 мм. Хотя никто никогда не измерял (по медицинским
соображениям) размер отдельных рецептивных полей у людей,
косвенные свидетельства указывают на то, что их минимальный
диаметр составляет около 10 мкм. Как рассчитал один лауреат
Нобелевской премии, 10-микрометровое рецептивное поле
соответствует изображению 25-центовой монеты, полученному с
расстояния около 150 м. Лично я не способен увидеть четвертак,
находящийся так далеко, но, возможно, у нобелевских лауреатов более
острое зрение, чем у простых смертных.

Рецептивные поля можно сравнить с пикселями на компьютерном мониторе. Чем больше плотность ганглионарных клеток, тем острее зрение.

Пока нет комментариев

Коллектив исследователей из МГУ, Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН(Черноголовка), Российского университета дружбы народов (Москва) и Воронежского государственного университета (Воронеж) установил, что кетодиета, изначально разработанная для лечения эпилепсии и, как предполагалось, способная защищать нервные клетки от нарушения обменных процессов, не помогает животным бороться с повреждениями нервной ткани, вызванными ишемическим инсультом. При этом такой тип питания меняет активность ряда генов в головном мозге, а также микробный состав кишечника. Однако среди всех этих изменений есть как благоприятные для организма, так и негативные, в результате чего делать однозначный вывод о пользе кетогенной диеты может быть преждевременным. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Brain, Behavior, and Immunity.Ссылка на научную статью:Analysis of the brain transcriptome, microbiome and metabolome in ketogenic diet and experimental stroke doi 10.1016/ j.bbi. 2024. 10.004Кетогенная диета — рацион, до 70–80% веществ которого составляют жиры, — была разработана для смягчения симптомов эпилепсии. Дело в том, что при таком питании в организм поступает мало углеводов, в результате чего в качестве источника энергии начинает использоваться не глюкоза, а преимущественно продукты переработки жиров. Они предотвращают появление неконтролируемой активности нейронов в головном мозге и, как следствие, возникновение судорог. На основании такого эффекта ученые предположили, что кетогенная диета может быть полезна при лечении и профилактике ишемического инсульта — состояния, при котором головной мозг получает недостаточно кислорода и питательных веществ из-за закупорки кровеносных сосудов. Однако до сих пор данные о том, как низкоуглеводный и богатый жирами рацион влияет на обмен веществ в клетках головного мозга и в организме в целом после инсульта, были противоречивы. Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) с коллегами исследовали, как изменяется обмен веществ в головном мозге крыс после инсульта при обычном — богатом углеводами — питании и при кетогенной диете.В эксперименте участвовало 54 животных. Половину из них (27 крыс) в течение двух месяцев кормили рационом, в котором жиры составляли 11% от всех соединений, белки — 24%, а углеводы — 65%. Еще 27 крыс такое же время содержали на кетогенной диете с 84% жиров, 11% белков и 5% углеводов. После этого у 19 грызунов из каждой группы питания искусственно пережимали среднюю мозговую артерию — сосуд, который поставляет кровь в боковые зоны коры мозга. Таким образом авторы смоделировали ишемический инсульт. Спустя две недели после вмешательства биологи проанализировали активность генов в головном мозге крыс, чтобы понять, как изменились обменные процессы в тканях при разных режимах питания, а также после инсульта. Оказалось, что при обоих вариантах диеты инсульт привел к значительным перестройкам: при углеводной диете изменилась активность 10 449 генов, а при кетогенной — 11 389. Анализ показал, что сильнее всего инсульт активировал группы генов, участвующих в запуске воспаления, иммунном ответе, контроле сосудистой системы и развитии стволовых клеток. Все это указывает на то, что в результате ишемического инсульта при обоих типах рациона в мозге развивается воспаление. Кроме того, исследование ткани мозга и наблюдение за поведением животных показали, что кетогенная диета не повлияла на объем повреждения и скорость восстановления двигательных функций у крыс после инсульта. Ученые также исследовали микробный состав кишечника крыс при разных типах питания. Это было важно потому, что некоторые кишечные бактерии могут синтезировать соединения, способствующие нейровоспалению после инсульта. Оказалось, что при кетогенной диете в кишечнике животных на 20% увеличивается число бактерий типа Firmicutes — к ним относятся сбраживающие молочные сахара лактобактерии. В то же время обилие микроорганизмов из типов Bacteroidota, участвующих в сбраживании других углеводов и расщеплении белков, а также Proteobacteria, к которым относится, в частности, кишечная палочка, при кетогенной диете снизилось на 35% и 16% соответственно. В целом биологи пришли к выводу, что среди таких изменений в микробиоме при кетогенной диете есть как и положительные, так и отрицательные для организма, в том числе усиливающие нейровоспаление. «Хотя мы выявили ряд генов, активность которых меняется при кетогенной диете, а также перемены в микробном составе кишечника при таком типе питания, обилие жиров в рационе не помогло уменьшить вызванные инсультом повреждения в мозге. Поэтому нельзя сказать об однозначной пользе кетодиеты, и относиться к ней следует с осторожностью. В дальнейшем мы планируем подробнее исследовать отдельные молекулярные пути, на которые воздействует кетогенная диета, чтобы понять, почему она приводит к таким неоднозначным эффектам», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Плотников, доктор биологических наук, профессор РАН, заведующий лабораторией структуры и функции митохондрий НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В. Ломоносова. В исследовании принимали участие сотрудники Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка), Российского университета дружбы народов (Москва) и Воронежского государственного университета (Воронеж).

Пока нет комментариев

Материал британского научно-популярного сайта FUTUREЧеловеческий мозг начинает учиться, исследовать окружающий мир и приспосабливаться к нему еще в утробе матери. Многое об этом процессе мы можем узнать благодаря исследованию, проводящемуся в Лондоне. Корреспондент побывал в святая святых эксперимента. Комнатка, в которой я нахожусь, немного напоминает кабину космического корабля. За несколькими мониторами – группа ученых, сосредоточенно настраивающих оборудование. Никто не говорит ни слова, лишь мощные моторы гудят вокруг нас. Мы в неонатологическом отделении лондонской больницы Святого Фомы, однако наша экскурсия впечатляет не меньше, чем космическая одиссея: мы наблюдаем за становлением человеческого разума. Таланты новорожденного ребенка, издающего похожие на мяуканье звуки, легко недооценить. В помощь младенцу, покидающему уютную утробу матери, дается удивительный орган, позволяющий ему чувствовать, исследовать и учиться - головной мозг.Мозг продолжает расти по мере того, как мы развиваем необходимые нам в жизни навыки – от способности улыбаться любимому человеку и расшифровывания звучания слов в языке до формирования собственной воли и идентичности. Как же мы совершаем это удивительное путешествие? До недавнего времени нейробиологи знали крайне мало о младенчестве мозга. Однако благодаря проекту "Развитие коннектома человека" у ученых появляется информация об этом важнейшем периоде человеческой жизни. При помощи современных технологий они отслеживают развитие младенческого мозга – от последних месяцев в материнской утробе до появления на свет, а также в течение несколько последующих недель. Получив разрешение от одного из главных исследователей проекта Дэвида Эдвардса, я пришел в лабораторию, чтобы составить собственное представление об их работе. Этот проект стартовал в 2013 году при участии трех крупнейших исследовательских вузов Британии – Королевского колледжа Лондона, Имперского колледжа Лондона и Оксфордского университета. "Коннектом" в его названии относится к сложным нейронным сетям, которые предположительно отвечают за обработку поступающей в мозг информации. Еще один перспективный проект, на этот раз в США, посвящен картографированию коннектома взрослого мозга – в то время как лаборатория Эдвардса исследует развитие мозга в первые месяцы и годы, чтобы понять, как растут нейронные сети у младенцев. Встречая меня в больничном отделении, исследователи рассказывают, что днем ранее в истории проекта случилось важное событие – число младенцев, которые прошли через необходимую для исследования процедуру магнитно-резонансной томографии, перевалило за сотню. Всего же необходимо обследовать примерно тысячу детей. Некоторые томограммы были сделаны еще до рождения этих младенцев, пока плод находился в материнской утробе. Это нелегкое дело: поймать плод в состоянии полного покоя получается редко, а движение приводит к нечеткому сигналу томографа, так что ученым пришлось придумать затейливую математическую формулу для компенсации внутриутробной физкультуры. Сегодня исследователи работают с младенцем, родившимся менее суток назад. Его только что покормили, и шум в помещении его совершенно не беспокоит. "Он уснул сам и всем доволен", - говорит мне Мишель Слит, руководитель клинического исследования. Прежде чем поместить мальчика в томограф, лаборанты обернули его в уютный кокон и поместили вокруг его головы надувную подушку, чтобы приглушить жужжание аппарата. Жужжание сопровождает работу мощных магнитов, позволяющих томографу отследить движение постоянно сталкивающихся друг с другом молекул воды в мозге. Поскольку вода лучше перемещается вдоль нейронных связей, в результате получается подробное изображение аксонов – длинных отростков нервных клеток, по которым идут импульсы. По словам Дэвида Эдвардса, это своего рода "мозговая карта метро" – на ней изображены основные проводящие пути, передающие электрические импульсы от одного отдела мозга к другому. Направляя поток информации, они закладывают основу наших когнитивных способностей. Обследование не всегда идет по плану. Как правило, один из десяти младенцев просыпается в течение двух-трех часов, которые занимает процедура, и не может снова уснуть - а это значит, что время было потрачено зря. "Нам нужны очень терпеливые и спокойные рентгенологи", - говорит Эдвардс. Однако в случае успеха полученная информация становится важным дополнением растущего массива данных о зарождающемся разуме. "Мы крайне благодарны за каждую томограмму – все они очень важны", - добавляет Слит. Если задуматься о том, что многие связи слишком малы в диаметре и их нельзя увидеть в таком разрешении, поневоле понимаешь, почему мозг порой называют "самым сложным объектом на Земле". Хотя проект "Развитие коннектома человека" уникален по масштабу и задачам, существуют и другие проекты, цель которых – узнать больше о первых месяцах развития мозга. В частности, мы теперь знаем, что младенцы начинают изучать и исследовать мир задолго до рождения. Используя различные технологии измерения нейронной активности плода в режиме реального времени, ученые установили, что мозг еще не родившихся младенцев, по всей вероятности, реагирует на яркие вспышки света и громкие звуки. Кроме того, в последнем триместре беременности они, похоже, учатся распознавать успокаивающие звуки материнского голоса и музыкальную заставку ее любимого телесериала. Возможно, они даже могут попробовать недавно съеденные ей блюда: так, вкус чеснока предположительно проникает в околоплодные воды. В результате младенцев, начинающих питаться взрослой едой, зачастую притягивает аромат блюд, которые мать ела во время беременности. Наша способность к обучению увеличивается после того, как мы покидаем материнскую утробу. В первые дни жизни ребенок уже прислушивается к звукам речи и начинает распознавать структуру умильного воркования своих родителей, закладывая основу собственного понимания грамматики языка. Примерно тогда же мозг вовсю настраивает эти пучки новых нейронных связей, одновременно отращивая и укорачивая аксоны по мере наработки новых навыков и умственного развития; его задача – создание максимально эффективных нейронных сетей. В настоящее время исследователям, работающим под руководством Дэвида Эдвардса, приходится корректировать свою методику в процессе исследования, однако ученый надеется, что в будущем появится возможность сравнить томограммы мозга с результатами тестирования когнитивных способностей детей. Например, с помощью простых видеоигр можно оценить такие характеристики, как внимательность, скорость реакции на движение и скорость обучения, и на основании этих данных составить базовое представление о когнитивных способностях ребенка. Посмотрев на коннектом этого ребенка, можно будет сделать выводы о том, отражают ли его способности имеющиеся различия в нейронных связях. По профессии Эдвардс врач, поэтому главный вопрос для него – результаты исследования детей, прошедших через те или иные сложности в развитии. В первую очередь его интересуют недоношенные дети. По его словам, поражает их жизнестойкость: мозг рожденных раньше срока младенцев зачастую развивается на удивление активно. "Они покинули материнскую утробу на три-четыре месяца раньше, чем положено, перенесли массу перегрузок, поэтому тот факт, что мозг их выглядит нормально, совершенно невероятен", - говорит он. Тем не менее, Эдвардс стремится узнать, существуют ли более тонкие различия в нейронных связях, которые могли бы сказаться на развитии таких детей по мере взросления. В качестве примера он указывает на особенно плотный пучок волокон, соединяющих область в центре головного мозга под названием таламус и кору головного мозга – его складчатую поверхность. "Таламус – это интернет-портал мозга, обрабатывающий всю входящую и исходящую информацию", - поясняет Эдвардс. Таламус собирает информацию от органов чувств, контролирует ее пересылку между различными областями, а также передает результаты нашему телу, управляя таким образом нашим поведением. "Эти связи активно растут в период, когда ребенок находится в отделении интенсивной терапии, поэтому с медицинской точки зрения изучение их представляет большую ценность", - заключает он. Возможно, более слабые связи в этой области могут служить индикатором потенциальных когнитивных трудностей у ребенка в дальнейшем. Дэвид Эдвардс также надеется, что исследование поможет пролить свет на такие медицинские проблемы, как шизофрения, аутизм и депрессия – не исключено, что их провоцируют небольшие изменения нейронных связей в мозге пациентов относительно нормальной конфигурации. "Насколько нам известно, структуры, связанные с этими состояниями, закладываются в последние три месяца беременности", - говорит Эдвардс. Это отклонения, которые порой проявляются лишь через несколько лет или даже десятилетий после рождения. Однако вполне возможно, что в истории конкретной семьи уже были случаи подобных отклонений. Тогда исследователи смогут заняться поиском небольших различий, которые потенциально являются факторами развития у детей психических заболеваний. Конечно, технологии постоянно развиваются, и через 10 лет, по словам Эдвардса, наши нынешние открытия могут оказаться устаревшими. Однако любой путь нуждается в карте, и эти первые томограммы помогают проложить дорогу для новых исследований. Наш разговор заканчивается, и я слышу детский плач – малыша только что вынули из томографа. Он проснулся, покинул свой уютный кокон и вновь столкнулся с непривычной реальностью – но родители готовы его утешить. Как только данные обработают, родители ребенка получат копию его томограммы – снимок его зарождающегося разума, впервые попавшего в этот дивный новый мир.

Пока нет комментариев