Простая реакция животного на болезнь демонстрирует удивительную гибкость нервной системы

Новое исследование нейробиологов MIT показывает, как даже простое животное может кардинально перестраивать работу мозга для адаптивного ответа на смертельную инфекцию.

Когда черви C. elegans питались инфекционными бактериями Pseudomonas (которые вызывают болезнь и у людей), они демонстрировали поведение, сходное со многими животными: ели меньше и становились более вялыми.

Исследователи обнаружили, что для реализации этого "болезненного поведения" черви полностью перепрофилировали функции нескольких из своих 302 нейронов и некоторых пептидов, которые те выделяют для модуляции поведения. Системы, реагирующие на стресс или сытость в других условиях, были перенастроены для борьбы с инфекцией.

Ключевые открытия:

• Нейропептид FLP-13 полностью меняет свою функцию. При тепловом стрессе нейрон ALA выделяет FLP-13, вызывая состояние покоя (квестисценцию), похожее на сон. Однако при инфекции Pseudomonas ту же молекулу FLP-13 выделяет уже другая группа нейронов (I5, I1, ASH и OLL), чтобы подавить квестисценцию и позволить червям выживать дольше. FLP-13 действует через широко распространенный рецептор DMSR-1.
• Нейрон ALA меняет роль. Во время болезни нейрон ALA переключается на подавление питания, выделяя другую группу пептидов: flp-24, nlp-8 и flp-7. Это было подтверждено генетическими манипуляциями.
• "Летаргия" при инфекции отличается от "сна" при стрессе. Квестисценция, вызванная инфекцией, легко обратима (червей можно разбудить легким толчком), в отличие от глубокого состояния покоя при тепловом стрессе или сытости. За эту летаргию ответственен нейрон ASI, выделяющий пептид DAF-7.
• Гибкость через перераспределение. Исследование показало, что черви не создают уникальные нейронные схемы для каждой новой ситуации. Вместо этого они перепрофилируют и перенастраивают существующие компоненты (нейроны и нейромодуляторы), иногда полностью меняя их функции, чтобы адаптироваться к инфекции, стрессу или сытости.

Вывод: Мозг использует ограниченный набор клеток, цепей и нейромодуляторов с высокой гибкостью, создавая различные внутренние состояния не за счет уникальных наборов молекул, а за счет их разных комбинаций и источников выделения.