Авторы нового исследования выявили нейроны (нервные клетки), которые контролируют агрессию. Нейроны мозга «говорят нам», когда надо есть, спать и просыпаться. Но нервные клетки мозга могут контролировать более сложные функции, чем просто аппетит или сон. Например, недавние исследования выявили нейроны, которые виноваты в наших «вредных привычках», а также в том, какие клетки мозга вызывают беспокойство. Теперь исследователи обнаружили нейроны, которые вызывают такую эмоцию, как агрессия. Результаты научной работы опубликованы в журнале Nature Neuroscience.
Актуальность проблемы
Хотя новое исследование было проведено на мышах, у млекопитающих существует много нервных характеристик, таких же, как и у людей. Это помогает понять нейробиологические основы агрессии.
Ученые заметили, что у грызунов, которые проявляли самый высокий уровень агрессии, были активные нейроны в области мозга, называемые вентральное премаммилярное ядро
(PMV).
PMV расположено в гипоталамусе — область размером с арахис, которая поднимает наш адреналин, когда мы должны говорить публично, противостоять врагу или идти на собеседование.
Гипоталамус является важным эмоциональным «центром», который регулирует наши чувства эйфории, грусти и гнева.
Иммунные клетки мозга управляют нервными сигналами
Возбуждённые нейроны, лишённые иммунных клеток, не могут успокоиться и могут довести мозг до эпилепсии.
Иммунные клетки мозга под названием микроглия не только защищают мозг от инфекций и убирают разный клеточный мусор. Недавно мы рассказывали, как эти клетки редактируют нейронные сети – они могут как уничтожать межнейронные контакты, так и помогать формироваться новым контактам. То есть микроглия напрямую вмешивается в работу мозга.
Клетки микроглии (красные) в мозге мыши. (Фото: ZEISS Microscopy / Flickr.com)
‹
›
Исследователи из Медицинского центра Маунт-Синай пишут в статье в Nature
, что влияние иммунных клеток мозга на нейроны на самом деле ещё глубже. Микроглия, оказывается, служит для нейронных сетей своеобразными тормозными колодками, не давая нейронам безгранично возбуждаться. Тут нужно вспомнить, что вся нейронная активность делится как бы на две части, возбуждение и торможение. К нейрону пришёл импульс, и он передал этот импульс дальше; более того, нервные клетки ведь могут усиливать приходящие сигналы, и в ответ на один приходящий импульс генерировать сразу несколько.
Такой возбуждённый нейрон будет активно возбуждать окружающих, но рано или поздно он должен остановиться. Останавливают его другие нейроны, которые называются интернейроны, или нейроны торможения. Сигнал от возбудившихся нейронов торможения подавляет возбуждение в другом нейроне – и он постепенно успокаивается.
Нейроны торможения крайне важны: не будь их, возбудительные нервные клетки просто никогда бы не смогли остановиться – например, на напряжённую мышцу они бы так и продолжали бы посылать сократительный сигнал. Без нейронного торможения нервной системе грозит перевозбуждение, что может проявляться и в неправильной работе мускулатуры, и в эмоциональной нестабильности, и вообще в поведении.
Но одних только нейронов торможения мозгу, по-видимому, мало. Авторы работы экспериментировали с мышами, лишёнными клеток микроглии. Когда таким мышам давали нейростимулятор, у них начинались эпилептические приступы – то есть нейроны от стимуляции генерировали бесконтрольное возбуждение. У нормальных мышей, у которых иммунные клетки были на месте, эпилептических приступов не было.
Без микроглии в нервной ткани становилось меньше аденозина – молекулы, которая подавляет возбудимость нейронов. (То же самое происходило, когда у микроглиальных клеток отключали ферменты, от которых зависело появление аденозина.) Про аденозин мы иногда слышим в связи с кофе, потому что кофеин блокирует действие аденозина и тем самым поддерживает нейроны в бодром состоянии. Аденозин не даёт нейрону выделять нейромедиатор глутамат, который работает как возбудитель, и стимулирует работу натриевых каналов в мембране нейрона. Из-за активно работающих натриевых каналов нейрон становится трудно возбудить.
Возбудившиеся нейроны и микроглия работают по принципу отрицательной обратной связи: нейрон выделяет молекулы АТФ (аденозинтрифосфата), которые приманивают клетки микроглии – а они, в свою очередь, превращают АТФ в аденозин, который успокаивает возбудившийся нейрон.
Успокоительный эффект иммунных клеток проявляется только в сером веществе, но не в белом. Причём эффект этот ограничивается только определённым участком мозга, то есть клетки микроглии могут успокаивать только рядом расположенные нейроны. Кроме того, такая система срабатывает не очень быстро, и поэтому авторы работы полагают, что иммунное подавление нейронных сигналов срабатывает вдолгую, когда какую-то нейронную цепь нужно отключить на длительное время. (Для более оперативного отключения используются нейроны торможения.) Если же нейронная цепь будет отдыхать уж слишком долго, то синапсы между нейронами распадутся – то есть микроглия может способствовать расформированию нервных цепочек.
Клетки микроглии – не единственные служебные клетки, которые вмешиваются в работу нейронов. В мозге есть ещё так называемые астроциты, клетки-няньки: они питают нейроны, поддерживают их и выполняют другие вспомогательные работы. Однако в последнее время появляются данные, что астроциты напрямую вмешиваются в электрическую активность нейронов – например, они поддерживают в мозге особые электрические волны, необходимые для высших когнитивных функций.
Всё это усложняет общую картину, но с другой стороны, так можно лучше понять, откуда происходят те или иные психоневрологические расстройства. Та же микроглия активно общается с другими иммунными клетками тела, и тут легко представить, как слишком сильное или слишком слабое торможение может быть связано с какими-то иммунными неполадками в организме.
Результаты научной работы
Таким образом, ученые смогли «заставить» мышей вести себя агрессивно в условиях, которые обычно не вызывали агрессивного ответа. И, наоборот, деактивируя нейроны PMV, они смогли остановить агрессивную атаку.
«Мы обнаружили, что кратковременная активация клеток PMV может спровоцировать затяжную вспышку. Это может объяснить, почему после ссоры чувство антагонизма сохраняется в течение длительного времени», — объясняет автор исследования Стефанос Штагкоуракис (Stefanos Stagkourakis).
Кроме того, ученые смогли изменить «доминирующие и подчиненные» роли, которые, как правило, устанавливаются среди грызунов.
Используя традиционный эксперимент, в котором две мыши вынуждены противостоять друг другу в длинном узком пространстве, исследователи установили, какие мыши были доминирующими и которые были покорными.
Затем, деактивируя нервные клетки PMV у доминирующих грызунов, они «превратили» их в покорные, и наоборот.
«Одно из самых удивительных результатов нашего исследования заключалось в том, что роль, которую мы достигли, манипулируя деятельностью PMV, сохранялась до 2 недель», — говорит Кристиан Бробергер (Christian Broberger).
Исследователи надеются, что их открытие прольет свет на возможные пути, которые помогут нам контролировать гнев и агрессию.
Агрессивное поведение и насилие вызывают травму и длительную психическую травму для многих людей. Новое исследование добавляет фундаментальные биологические знания об их происхождении.
Авторы другого исследования утверждают, что вспышки гнева могут повысить риск сердечного приступа.
Строение нейронов
Схема нейрона
Тело клетки
Тело нервной клетки состоит из протоплазмы (цитоплазмы и ядра), ограниченной снаружи мембраной из липидного бислоя. Липиды состоят из гидрофильных головок и гидрофобных хвостов. Липиды располагаются гидрофобными хвостами друг к другу, образуя гидрофобный слой. Этот слой пропускает только жирорастворимые вещества (напр. кислород и углекислый газ). На мембране находятся белки: в форме глобул на поверхности, на которых можно наблюдать наросты полисахаридов (гликокаликс), благодаря которым клетка воспринимает внешнее раздражение, и интегральные белки, пронизывающие мембрану насквозь, в которых находятся ионные каналы.
Нейрон состоит из тела диаметром от 3 до 130 мкм. Тело содержит ядро (с большим количеством ядерных пор) и органеллы (в том числе сильно развитый шероховатый ЭПР с активными рибосомами, аппарат Гольджи), а также из отростков. Выделяют два вида отростков: дендриты и аксон. Нейрон имеет развитый цитоскелет, который проникает в его отростки. Цитоскелет поддерживает форму клетки, его нити служат «рельсами» для транспорта органелл и упакованных в мембранные пузырьки веществ (например, нейромедиаторов). Цитоскелет нейрона состоит из фибрилл разного диаметра: Микротрубочки (Д = 20—30 нм) — состоят из белка тубулина и тянутся от нейрона по аксону, вплоть до нервных окончаний. Нейрофиламенты (Д = 10 нм) — вместе с микротрубочками обеспечивают внутриклеточный транспорт веществ. Микрофиламенты (Д = 5 нм) — состоят из белков актина и миозина, особенно выражены в растущих нервных отростках и в нейроглии.(Нейроглия
, или просто глия (от др.-греч. νεῦρον — волокно, нерв + γλία — клей), — совокупность вспомогательных клеток нервной ткани. Составляет около 40 % объёма ЦНС. Количество глиальных клеток в среднем в 10—50 раз больше, чем нейронов).
В теле нейрона выявляется развитый синтетический аппарат, гранулярная ЭПС нейрона окрашивается базофильно и известна под названием «тигроид». Тигроид проникает в начальные отделы дендритов, но располагается на заметном расстоянии от начала аксона, что служит гистологическим признаком аксона. Нейроны различаются по форме, числу отростков и функциям. В зависимости от функции выделяют чувствительные, эффекторные (двигательные, секреторные) и вставочные. Чувствительные нейроны воспринимают раздражения, преобразуют их в нервные импульсы и передают в мозг. Эффекторные (от лат. effectus — действие) — вырабатывают и посылают команды к рабочим органам. Вставочные — осуществляют связь между чувствительными и двигательными нейронами, участвуют в обработке информации и выработке команд.
Различается антероградный (от тела) и ретроградный (к телу) аксонный транспорт.
Дендриты и аксон
Основные статьи: Дендрит
,
Аксон
Схема строения нейрона
Аксон — длинный отросток нейрона. Приспособлен для проведения возбуждения и информации от тела нейрона к нейрону или от нейрона к исполнительному органу. Дендриты — короткие и сильно разветвлённые отростки нейрона, служащие главным местом для образования влияющих на нейрон возбуждающих и тормозных синапсов (разные нейроны имеют различное соотношение длины аксона и дендритов), и которые передают возбуждение к телу нейрона. Нейрон может иметь несколько дендритов и обычно только один аксон. Один нейрон может иметь связи со многими (до 20 тысяч) другими нейронами.
Дендриты делятся дихотомически, аксоны же дают коллатерали. В узлах ветвления обычно сосредоточены митохондрии.
Дендриты не имеют миелиновой оболочки, аксоны же могут её иметь. Местом генерации возбуждения у большинства нейронов является аксонный холмик — образование в месте отхождения аксона от тела. У всех нейронов эта зона называется триггерной.
Синапс
Основная статья: Синапс
Си́напс
(греч. σύναψις, от συνάπτειν — обнимать, обхватывать, пожимать руку) — место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой. Служит для передачи нервного импульса между двумя клетками, причём в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться. Одни синапсы вызывают деполяризацию нейрона и являются возбуждающими, другие — гиперполяризацию и являются тормозными. Обычно для возбуждения нейрона необходимо раздражение от нескольких возбуждающих синапсов.
Термин был введён английским физиологом Чарльзом Шеррингтоном в 1897 г.
