Роль интернейронов в пищевом поведении червей
Исследователи изучили, как обучение меняет нервные клетки и поведение на примере простой нервной системы нематод C. elegans.
Метод: "Робот-микроскоп"
- Технология, разработанная в 2019 году, позволяет отслеживать химические сигналы в реальном времени у свободно движущихся червей.
- Черви генетически модифицированы для добавления флуоресцентных меток к специфическим молекулам.
Эксперимент с обучением
Черви C. elegans (длина 1 см, 302 нейрона) могут научиться ассоциировать высокую или низкую концентрацию соли в среде с наличием пищи. В новой среде они используют уровень соли как ориентир для поиска:
- Если обучены искать пищу при высокой концентрации соли, они меняют направление при ее снижении.
- После дополнительного обучения могут выучить и обратную ассоциацию.
Нейронный механизм
Гибкое поведение требует взаимодействия:
- Сенсорного нейрона (детектирует соль).
- Интернейронов (связующее звено).
- Моторных нейронов (контролируют движение).
Ключевое открытие
- В коммуникации между сенсорным нейроном и интернейроном используется глутамат — ключевая сигнальная молекула мозга.
- На одном и том же интернейроне обнаружены два разных типа рецепторов к глутамату (ингибиторные и экзальтаторные).
- Оба типа рецепторов реагируют по одной схеме, но с разной интенсивностью в зависимости от того, научился ли червь искать высокую или низкую концентрацию соли.
Значение
Это одна из первых работ, демонстрирующих опыт-зависимую пластичность (способность мозга "перепрограммировать" нейронные связи) в глутаматергической сигнализации между сенсорными нейронами и интернейронами. Дефекты глутаматергической сигнализации связывают с болезнью Альцгеймера и другими нейродегенеративными заболеваниями.
Что осталось неясно
Точный механизм, контролирующий сигналы от моторного нейрона к глутаматным рецепторам интернейрона, а также детали коммуникации между сенсорным нейроном и интернейроном, требуют дальнейшего изучения.