Ученые из Лангонского медицинского центра при Нью-Йоркском университете проследили за изменениями в нервных клетках с помощью нового метода, который еще меньше десяти лет назад казался если не фантастикой, то чем-то за гранью возможного: исследователи наблюдали отдельные клетки прямо сквозь череп. Этот метод позволяет разглядывать детали в тысячные доли миллиметра.

Очевидное – невероятное

Как проследить за изменениями в мозге животного? Эта проблема является источником головной боли для нейробиологов во всем мире, ведь даже у круглого червя C.elegans, снискавшего репутацию одного из наиболее примитивных животных, можно насчитать свыше 300 нервных клеток, при этом интересующие ученых изменения могут происходить в любой из них и затрагивать отросток длиной в сотые доли миллиметра. И это прозрачный червячок, которого в буквальном смысле слова можно просветить насквозь, просто положив на источник света!

А если речь идет о мыши, то перед биологами предстает мозг уже с десятками миллионов нервных клеток, причем непрозрачный и находящийся внутри черепа. Представьте, что вам надо, глядя на город из иллюминатора самолета, выяснить, к примеру, часы работы банковского отделения или устройство коробки передач автомобиля – перед учеными стоит в общем-то похожая по сложности задача.

Чтобы ее решить, биологов необходимо извлечь мозг, заморозить его, а потом послойно изучить под микроскопом. Если сравнивать мозг животных до и после обучения, то в процессе исследования можно узнать много интересного. Здесь, правда, придется смириться с мыслью о неизбежной гибели животного, которое до этого несколько недель обучали ориентироваться в лабиринте и которое, возможно, стоит несколько сотен евро. Жалко, безусловно, но до недавних пор альтернатив методу не было.

Одна из методик, существенно упрощающая нейробиологические исследования, заключается в том, что мозг при помощи специальных реактивов можно сделать прозрачным. Правда, речь опять-таки идет об анатомическом препарате, а не о живой мыши.

Существенного прогресса в такого рода исследованиях удалось добиться с помощью… микроскопа, который заглядывает в мозг сквозь череп и не повреждает его, а дает картинку с изображением клеток коры головного мозга без вреда здоровью животного.

Мутанты и лазеры
Уникальная установка, просвечивающая лазером череп и позволяющая наблюдать нервные клетки, – это только одна из новых технологий, которые были применены учеными для исследования памяти. Сам по себе микроскоп в лучшем случае позволил бы увидеть сложнейшую сеть нейронов, погруженных в глиальную ткань: вопреки распространенному заблуждению мозг состоит далеко не только (и даже не столько, если считать по количеству) нервных клеток. Нейроны окружены множеством клеток, предоставляющих им питательные вещества и даже наматывающих на нервы слои изоляции. Через все это проходят кровеносные сосуды, и искать в этом переплетении что-то новое для науки, даже имея серию снимков, крайне затруднительно.

Потому в исследовании участвовали не обычные лабораторные мыши, а генно-модифицированные. В мозгу этих грызунов некоторые нейроны синтезировали желтый флуоресцентный белок, и потому нервные клетки в буквальном смысле слова при просвечивании коры лазерным лучом светились на фоне всех остальных клеток.

Ученым удалось добиться того, что флуоресцентная метка синтезировалась не всеми нейронами подряд, а только нейронами из пятого слоя коры. За счет этого биологи увидели даже не всю кору, а лишь определенный ее слой, который был намечен заранее. И после того, как мутантные мыши были получены из питомника, а микроскоп отлажен, начался собственно эксперимент.