«GPS» головного мозгу

Нобелівська премія з фізіології та медицини за 2014 рік присуджена трьом ученим: британському науковцю американського походження Джону О'Кіфу й дослідникам із Норвегії – подружжю Май-Брітт і Едварду Мoзерам за відкриття клітин, що забезпечують систему позиціювання в головному мозку. На цю премію цьогоріч було номіновано 263 учених, 46 із яких – уперше.

Представимо нових нобелівських лауреатів.

Джон О'Кіф (John O’Keefe) народився 1939 року в Нью­Йорку. Має громадянства США та Великої Британії. Докторський ступінь здобув 1967 року в Університеті МакГілл (Канада), після чого переїхав до Великої Британії працювати в Університетському коледжі Лондона, де в 1987­му отримав посаду професора. Нині в тому самому університеті очолює центр нейронних мереж та поведінки.

Май­Брітт Мoзер (May­Britt Moser) народилася 1963 року в норвезькому місті Фоснаваг. Докторський ступінь здобула 1995 року в Університеті Осло. 2000 року отримала посаду професора в Норвезькому університеті науки і технології в Тронхеймі, а нині очолює тут Центр неврологічних обчислень (Centre for Neural Computation).

Едвард Мозер (Edvard I. Moser) народився 1962 року в норвезькому місті Олесунн. 1995 року отримав докторський ступінь за спеціальністю «нейрофізіологія». Працював науковим співробітником в Единбурзькому університеті, потім в лабораторії Джона О'Кіфа. З 1996 року працює в Норвезькому університеті науки і технології в Тронхеймі. З 1998­го – професор. З 2007­го очолює Інститут нейрофізіології (Kavli Institute for Systems Neuroscience). Є одним із засновників і директором Центру біології пам'яті (Centre for the Biology of Memory) при Норвезькому університеті науки і технології.　

Як ми визначаємо своє місцезнаходження? Як знаходимо шлях з одного місця до іншого? Як зберігаємо цю інформацію в такий спосіб, що можемо відразу обирати правильний шлях з одного вже відомого нам місця до другого? Відповіді на ці запитання отримуємо завдяки відкриттю «системи позиціювання» – своєрідної внутрішньої «GPS» у головному мозку, котра дає нам можливість орієнтуватися в просторі. Як і минулого року, премійована розробка є результатом багаторічних до­сліджень.

1971 року Джон О'Кіф відкрив перший компонент системи позиціювання. Він з’ясував, що певний тип нейронів у структурі головного мозку, який називається гіпокампом, завжди активується, коли щур перебуває в специфічному місці простору (наприклад, біля годівнички). Інші нервові клітини цього типу активуються, коли щур перебуває в іншому специфічному місці простору. О'Кіф зробив висновок: «клітини місця» таким чином формують карту простору.

Несподівано виявилося, що здатність визначати своє місцезнаходження в незнайомому просторі певною мірою зберігають і тварини зі зруйнованим гіпокампом. Тому ще тривалий час ученим не вдавалося зрозуміти, де саме локалізована координатна сітка для карти.

Подружжя дослідників із Норвегії Май­Брітт і Едвард Мoзери відкрили другий компонент системи позиціювання. 2005 року, проводячи експерименти над щурами, вони відкрили grid­нейрони (клітини­решітки), розташовані в енторинальній ділянці кори головного мозку. Ці клітини утворюють універсальну картографічну систему (координатну сітку), що дає змогу ссавцям знайти своє місце в будь­якому ландшафті.

Умовно кажучи, завдяки grid­нейронам навколишній простір позіціонується як «міліметрівка», на якій з допомогою «клітин місця» виконується прив’язка до конкретних об’єктів. Крім цього, 2011 року Май­Брітт Мозер з колегами провела серію експериментів на щурах, щоб зрозуміти, як саме відбувається процес «пригадування» навколишнього оточення і як мозок реагує на його зміну.

Результати досліджень нобелівських лауреатів проливають світло на причини дезорієнтації у просторі осіб із хворобою Альцгеймера. Зважаючи на швидкий прогрес у галузі мікроелектроніки та виявлені нобеліантами локалізацію і принципи роботи внутрішньої «GPS», не таким уже фантастичним уявляється корекція цієї проблеми за допомогою штучної «GPS». Залишаючи за дужками етичний аспект, зауважмо, що потенційна можливість вживлення штучних спогадів, показаного у трилері «Згадати все», є не такою вже й неймовірною, навіть у недалекому майбутньому.

Проте члени Нобелівського комітету охарактеризували роботу дослідників як фундаментальне відкриття, що стосується принципів роботи мозку, яке нині ще не може бути безпосередньо використаним для лікування хвороб (однак надалі значення такого відкриття для практичної медицини може бути величезним).

Наостанок зазначимо, що ґрунтовні дослідження принципів і механізмів діяльності головного мозку, і зокрема гіпокампа, упродовж тривалого часу перебувають серед пріоритетних наукових напрямів в Інституті фізіології імені А. А. Богомольця НАН України. Починаючи з 70­х років минулого століття відкриття дослідників інституту в цих напрямах не раз відзначалися високими державними нагородами.

Автори: Олег КРИШТАЛЬ, Максим СТОРОЖУК