Нобелевская премия 2014 года по физиологии и медицине присуждена Мэй-Бритт Мозер и Эдварду Мозеру, а также Джону О’Кифи за открытие системы клеток в мозге, которая определяет положение в пространстве, говорится в сообщении на сайте Нобелевского комитета.
Эта система позиционирования, которую представители комитета окрестили «внутренней GPS» в мозгу, делает возможным ориентацию в пространстве и демонстрирует клеточную основу для высоких когнитивных функций. Работа ученых позволяет ответить на следующие вопросы: «Как мы понимаем, где мы находимся?», «Как мы находим путь от одного места до другого?» и «Как мы запоминаем информацию, чтобы немедленно найти тот же самый путь, если мы оказываемся в том же месте снова?»
«Я считаю, это очень важное и достойное открытие, поскольку оно проливает свет на нервные механизмы ориентации в пространстве и пространственной памяти, — сказал «Газете.Ru» ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии и генетики поведения биологического факультета МГУ Павел Купцов. — Эти ученые показали, какие нейроны обеспечивают запоминание той или иной точке пространства, как мы ориентируемся в знакомом или незнакомом месте. Они очень здорово продвинули наши представления о том, как мозг решает подобного рода задачи.
«Клетки места», которые находятся в гиппокампе, были открыты в 1970-х годах, «клетки решетки», расположенные в энторинальной коре, были открыты в 2000-х годах.
«Клетки места» — это нейроны, которые избирательно испускают электрический разряд, когда животное или человек находится в определенной точке пространства. Это клетки памяти на те или иные точки пространства. А «клетки решетки», на мой взгляд, правильно назвать координационными нейронами. Если представить себе координатную сетку, наброшенную на пространство, то одна клетка разряжается в нескольких узлах координатной сетки. Фактически эти клетки обеспечивают внутреннюю мозговую систему координат. Помимо очень большого фундаментального значения этих работ, у них есть и практический выход.
Эти клетки очень часто поражаются при болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваниях. Один из симптомов этих заболеваний – потеря ориентации в пространстве.
И по-видимому, это связано с нарушением работы этой мозговой системы позиционирования».
«Открытия Джона О’Кифа, Мэй-Бритт Мозер и Эдварда Мозера решили проблему, которая волновала умы философов и учёных на протяжении веков: как мозг создаёт карту места и как мы можем прокладывать путь через окружающее пространство, — комментирует нобелевский комитет. — Чувство места и способность навигации — неотъемлемые части нашего существования. Чувство места дает представление о нашей позиции в пространстве. В процессе ориентирования оно перекликается с чувством дистанции, основанном на знании о предыдущих позициях.
Вопросы о месте и ориентировании интересовали философов и учёных долгое время.
Более 200 лет назад немецкий философ Иммануил Кант предположил, что некоторые ментальные способности существуют априори, независимо от опыта. Он признал концепцию пространства как принцип, встроенный в наше сознание, с помощью которого мир может и должен быть познаваем. С развитием поведенческой психологии в середине XX века эти вопросы были заданы экспериментаторам. Когда Эдвард Толман изучал крыс, движущихся через лабиринт, он обнаружил, что они могут научиться находить дорогу, и предположил, что «когнитивная карта», формируемая в мозгу, позволяет им это делать. Но вопросы еще не были разрешены — не было понятно, как эта карта представлена в мозгу.
Джон О’Киф был увлечен проблемой того, как мозг контролирует поведение, и в конце 1960-х решил искать ответ на этот вопрос нейропсихологическими методами. Записывая сигналы из отдельных нервных клеток в области мозга, называемой гиппокампом, в крысах, свободно передвигающихся по комнате, О’Киф открыл те самые нервные клетки, которые связаны с конкретным местом в пространстве. Он смог продемонстрировать, что эти «клетки места» не просто регистрируют визуальную картину, а создают внутреннюю карту окружающего пространства. О’Киф заключил, что гиппокамп генерирует некоторое количество карт, представленных коллективной активностью клеток места, которые возбуждаются в различных точках пространства. Следовательно, память об окружающем пространстве может сохраняться как специфическая комбинация активностей клеток места в гиппокампе.
Мэй-Бритт и Эдвард Мозеры картировали нервные связи в гиппоккампе крысы во время ее движения в комнате.
И во время эксперимента они обнаружили нейроны в другой части мозга – в энторинальной коре, которые также испускали разряды во время движения. Они разряжались, когда крыса пересекала узлы гексагональной решетки. Эти клетки авторы назвали «клетками решетки», они составляют систему координат для пространственной навигации. Вместе с другими нейронами энторинальной коры, которые реагируют на положение головы и тела крысы, они обмениваются иноформацией с «клетками места» в гиппокампе. Все вместе клетки образуют «внутренний GPS» мозга.
Последние исследования мозга с помощью технологий имиджинга, также как и данные, полученные в ходе нейрохирургических операций, доказывают, что «клетки места» и «клетки решетки» имеются и у людей. У пациентов с болезнью Альцгеймера часто поражаются гиппокамп и энторинальная кора, и при этом пациенты теряют ориентацию в пространстве. Знания о системе позиционирования мозга поможет понять, как преодолеть эти нарушения при нейродегенеративных заболеваниях. А с точки зрения работы мозга изучение системы позиционирования вносит большой вклад в наше понимание процессов обучения и памяти», — говорится в сообщении Нобелевского комитета.
