Нервові клітини глибинних шарів зорової кори вдалося побачити за роботою.
Нейрони в корі мозку розташовані не аби як, а шістьма шарами. Клітини різних шарів обмінюються імпульсами один з одним, і щоб точно зрозуміти, як мозок обробляє інформацію, ми повинні побачити відразу всі шари, щоб вони були живі і працювали.
Є методи, які дозволяють спостерігати за активністю нейронів мозку наживо - тобто прямо в мозку лабораторного щура або миші, якій щось показують. Але якщо поверхневі нейрони розглянути порівняно легко, то що щодо нейронів з більш глибоких шарів?
Заглянути вглиб живої тканини дозволяє багатофотонна скануюча мікроскопія. У тканину посилають низькоенергетичні фотони, які повинні потрапити у флуоресцентну молекулу (клітини можна забезпечити такою молекулою за допомогою генної інженерії). Одного фотона для флуоресцентної молекули буде недостатньо, але якщо їх потрапить в неї два або три, то в сумі вони принесуть достатньо енергії, щоб змусити флуоресцентну молекулу світитися.
Фотони приходять в тканину з лазерним променем, який потрібно добре сфокусувати, щоб у флуоресцентні молекули потрапляло потрібні два-три фотони. Відповідно, якщо потрібно два фотони, мікроскопія називається двофотонною, якщо три - трифотонною. За допомогою трифотонної мікроскопії можна зазирнути глибше, ніж за допомогою двофотонної.
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту використовували оптимізований варіант трифотонної мікроскопії. Потрібно було не тільки не спалити клітини лазерним імпульсом - потрібно було, щоб вони взагалі його ніяк не відчували і продовжували працювати, як зазвичай. У працюючих нейронів всередині змінюється рівень іонів кальцію, і тому в якості флуоресцентної речовини використовували молекулу, чутливу до концентрації кальцію.
Миші показували на екрані сітчасті візерунки в різній орієнтації і рухаються в одну або в іншу сторону. Всі нейрони зорової кори беруть участь в обробці зорової інформації, але клітини різних шарів воліють працювати з тим чи іншим аспектом зображення. Оптимізована мікроскопія дозволила побачити, як працюють нейрони нижніх шарів, п'ятого і шостого.
Зокрема, нейрони п'ятого шару більшою мірою, ніж інші, реагували на будь-яку орієнтацію зображення (а орієнтацій було дванадцять) - нейрони з інших шарів виділяли для себе лише якісь способи розташування малюнка. Крім того, п'ятий шар демонстрував більше спонтанної активності, і у його нейрони більше сполук з глибинними зонами мозку. А ось клітини шостого шару, навпаки, виявилися найбільш розбірливими в тому, що стосувалося орієнтації картинки - тобто вони найсильніше реагували лише на якусь окрему орієнтацію.
Але найдивовижніше, як говориться в статті в Nature Communications, що на зорові стимули реагували так звані нейрони підкладки, які в корі лежать нижче всіх інших. Під час ембріонального розвитку нейрони підкладки з'являються серед нейронів кори найпершими - вони відіграють велику роль у формуванні правильних міжнейронних зв'язків і дозріванні кори в цілому. Вважається, що після народження їх активність падає, і вони ледь не зникають за непотрібністю.
Тепер же виявилося, що нейрони підкладки реагують на те, що бачить доросла миша, хоча і слабкіше, ніж нейрони верхніх шарів. Яка їхня роль у загальному концерті клітин, ще належить з'ясувати - і, можливо, це вдасться зробити за допомогою подібних методів глибинного спостереження, які дозволяють спостерігати різні нейрони за роботою.