Клауструм, возможно, организатор всей мозговой деятельности

Исследование на мышах показывает, что медленная волновая активность мозга, которая свидетельствует о состоянии сна и покоя, контролируется клауструмом(оранжевый на обложке статьи). Синхронизация активных и беззвучных состояний в мозге с помощью медленных волн способствует сознанию.

Для ученых, ищущих «контрольную комнату» мозга, область, называемая клауструм, стала убедительным кандидатом. Считается, что эта малоизученная глубокая мозговая структура является местом, где объединяются многочисленные чувства, контролируется внимание и возникает сознание. Наблюдения за мышами в настоящее время подтверждают роль клауструма как центра координации деятельности в мозге. Новое исследование Центра исследований мозга RIKEN показывает, что медленнаяя волновая активность мозга, характерная для состояний сна и отдыха, контролируется клауструмом. Синхронизация тихих и активных состояний в больших частях мозга этими медленными волнами может способствовать сознанию.

Случайное открытие фактически привело к тому, что Йошихиро Йошихара, руководитель группы, начал исследовать клауструм. Его лаборатория обычно изучает обоняние и обнаружение феромонов, но они случайно наткнулись на генно-инженерный штамм мыши со специфической популяцией клеток мозга, которая присутствовала только в клауструме. Эти нейроны могут быть включены с использованием оптогенетической технологии или выборочно подавлены посредством генетических манипуляций, что позволяет изучать то, что оказалось обширной сетью, контролируемой клауструмом. Исследование Йошихара и его коллег было опубликовано в журнале Nature Neuroscience 11 мая.

Они начали с составления карты входов и выходов клауструма и обнаружили, что многие области мозга более высокого порядка посылают соединения к клауструму, такие как те, которые связаны с ощущением и управлением движений. Исходящие соединения из клауструма были широко распределены по всему мозгу, достигая многочисленных областей мозга, таких как префронтальная, орбитальная, поясная, моторная, островковая и энторинальная кортикальные области. 

«Клауструм находится в центре широко распространенной мозговой сети, охватывающей области, которые участвуют в когнитивной обработке», – говорит соавтор Кимии Нарикио. «По сути, он достигает всех высших областей мозга и всех типов нейронов, что делает его потенциальным организатором всей мозговой деятельности».

Действительно, это то, что исследователи обнаружили, когда оптогенетически манипулировали нейронами клауструма. Нервное возбуждение в клауструме тесно коррелирует с активностью медленных волн во многих областях мозга, которые получают информацию от клаустрома. Когда они искусственно активировали клауструм с помощью оптогенетической световой стимуляции, он заглушал мозговую деятельность по всей коре головного мозга – явление, известное как «неактивное состояние», которое можно наблюдать, когда мыши спят или отдыхают. Известно, что состояния «вверх» и «вниз» синхронизируются через кору с помощью медленных волн активности, которые перемещаются от передней части мозга к задней части. «Медленная волна особенно важна во время сна, потому что она способствует гомеостазу синапсов в мозге и консолидирует воспоминания о предшествующем периоде бодрствования», – комментирует Йошихара.

Клауструм оказывается жизненно важным для создания этой медленной волны. Генетическое удаление нейронов клауструма значительно уменьшило медленные волны в лобной коре. 

«Мы думаем, что клауструм играет ключевую роль в инициировании пониженных состояний во время медленной волны, благодаря ее широкому распространению во многих областях коры», – говорит Йошихара. Когда эти области впоследствии входят в рабочее состояние и запускаются синхронно, что нужно для «воспроизведения» воспоминаний, передачи информации между областями и консолидации долговременных воспоминаний, «всех функций, которые могут косвенно вносить вклад в сознательное состояние», – замечает Йошихара. «Клауструм является координатором глобальной медленной волновой активности, и она настолько захватывающая, что мы приближаемся к тому, чтобы связать конкретные мозговые связи и действия с конечной загадкой сознания».

DOI: 10.1038 / s41593-020-0625-7

Вас также можно заинтересовать:

• Ученые наблюдают за нейронной активностью 10 тысяч клеток в 3D, в режиме реального времени
• Как наш мозг создает дыхательный ритм, уникальный для каждого вздоха
• Ученые могут включать или выключать сознание у обезьян