Международная группа ученых пришла к выводу, что нейроны решетки формируют в мозге человека более адаптивную систему пространственной ориентации, чем у грызунов.

Нейроны решетки (grid cells) формируют сеть мозга, обеспечивающую ориентацию в пространстве, наряду с нейронами границы, нейронами направления головы, нейронами скорости и нейронами места. За описание этой сети норвежские биологи Мэй-Бритт Мозер (May-Britt Moser), Эдвард Мозер (Edvard I. Moser) и Джон О’Киф (John O’Keefe) в 2014 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Нейроны решетки расположены в энторинальной коре (височной доле) мозга и активируются в ситуации, когда животное преодолевает узлы воображаемой решетки, проецируемой на окружающее пространство. Дисфункция этой группы клеток выступает биомаркером болезни Альцгеймера.

В 2015 году ученые из Норвегии и Аргентины пришли к выводу, что уровень адаптации, который опосредуют нейроны решетки, аналогична для всех млекопитающих. В новой работе сотрудники Техасского университета в Остине, Будапештского университета и других вузов проверили эту гипотезу. Авторы изучили активность нейронов решетки с помощью электродов, вживленных в энторинальную кору добровольцев. Реализация процедуры стала возможна благодаря тому, что в роли последних выступили пациенты с эпилепсией: некоторые методы лечения заболевания предполагают вживление электродов в кору головного мозга. В выборку вошло всего четыре человека в возрасте 33–41 года.

Примеры локаций и соответствующая им активация нейронов решетки / ©Zoltan Nadasdy et al., PNAS, 2017

В течение недели испытуемые ежедневно играли в компьютерную игру, целью которой было помочь виртуальному инопланетянину вернуться на место, где он оставил космический корабль. По мере прохождения игры участники должны были ориентироваться на разных локациях, предполагающих вариативные углы наклона поверхностей, соотношение сторон, внешний вид и размеры. Анализ нейронной активности во время тестов позволил выявить особенности навигационной системы человека, неизвестные ранее: так, пациенты адаптировали свою систему координат в соответствии с изменениями размеров локации, выравнивая внутренний компас по границам и углам пространства на основании визуальных стимулов.

В свою очередь, грызуны, согласно прошлым экспериментам, используют для такой ориентации тактильный и обонятельный анализаторы. Кроме того, сеть, которую формируют нейроны решетки в мозге человека, значительно отклоняется от формы шестиугольника — хорошо изученного паттерна, характерного для крыс. По мнению авторов, дальнейшее изучение особенностей пространственной ориентации людей может помочь в ранней диагностике и предотвращении дисфункции нейронов решетки при нейродегенеративных заболеваниях.

Подробности исследования представлены в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ранее ученые обнаружили у нематод нейроны, отвечающие за восприятие магнитных полей, и выяснили, как жуки-навозники ориентируются по звездам.

Видеозапись игрового процесса / ©Zoltan Nadasdy et al., PNAS, 2017