Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

УСЫ И ПАЛЬЦЫ

Доктор медицинских наук В. ГРИНЕВИЧ.

Для восприятия внешнего мира человеку и животным даны органы чувств. Органы осязания, или тактильные анализаторы, - самые эволюционно древние из них. Анализаторы представляют собой нервные окончания, расположенные в кожных покровах, а также в основании волос и усов. У приматов и человека тактильный анализатор находится на подушечках пальцев, а у грызунов - в основании усов (вибрисс). Исследователи из Института Макса Планка (Гейдельберг, Германия), в числе которых был и автор этой статьи, обнаружили, что движения усов у грызунов, как и тонкие движения пальцев рук у приматов, напрямую управляются корой больших полушарий мозга. Так впервые получили доказательство анатомического и функционального "родства" усов и пальцев.

И человек и животные познают окружающий мир через специальные анализаторы: зрительный, слуховой, обонятельный и тактильный (осязательный). У человека доминирует зрительный анализатор, у большинства хищных - обонятельный и слуховой, а у грызунов - тактильный и обонятельный. Все эти информационные каналы необходимы мозгу для создания картины внешнего мира. У позвоночных животных (от примитивных рыб до человека) самым эволюционно древним является чувство осязания. Тактильные анализаторы расположены в коже, зубной ткани и волосяных луковицах. Они представляют собой нервные окончания как свободные, так и заключенные в капсулу (так называемые тельца Фатер-Пачини и Меркеля). У приматов нервные окончания концентрируются на подушечках пальцев, а у грызунов они сосредоточены в волосяных сумках, из которых произрастают усы (вибриссы).

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Информация от тактильных анализаторов передается по восходящим чувствительным путям в мозг, где она воспринимается таламусом, который еще называют зрительным бугром. Из таламуса сигнал поступает в кору (серое вещество) больших полушарий мозга, а именно - в ее заднюю центральную извилину, или чувствительную кору. Чувствительная кора построена из колонок или баррелей, состоящих из сотен нейронов, к которым подходят нервные волокна от таламуса и других отделов коры. Таким путем чувствительная кора "узнает" о том, что происходит во внешней среде, а ее отдельные участки обмениваются информацией с другими отделами чувствительной коры. Так она передает импульсы в двигательную кору, которая и посылает сигналы мышцам.

Передача нервных импульсов от центральной нервной системы к мышцам у большинства животных происходит в несколько этапов, и в ней задействовано множество промежуточных нейронов. И только у человека и других приматов есть прямые пути передачи сигнала: мотонейроны коры простирают свои аксоны прямо до моторных нейронов передних рогов спинного мозга, которые непосредственно управляют движениями рук и особенно пальцев. Этот путь называется кортикоспинальным (или пирамидным), и он характерен только для высших обезьян. Например, у беличьей обезьяны таких прямых каналов передачи сигнала практически нет, и пальцами она владеет плохо.

Описанный путь передачи нервного импульса из коры головного мозга к мышцам - не единственный. Кора у высших обезьян и человека также напрямую контролирует движения языка и мышц вокруг рта. Благодаря этим каналам передачи сигнала мимика приматов разнообразна, а артикуляция очень сложна. Без прямого управления мышцами языка невозможно было бы появление человеческой речи.

Кортикоспинальный путь (а следовательно, и мелкая моторика пальцев) не врожденный, он формируется в процессе индивидуального развития. У высших обезьян это происходит к концу первого года жизни. Поражение кортикоспинального пути при травме, опухолях или инсульте приводит в первую очередь к грубым нарушениям тонких движений пальцев.

В животном мире движения, которые по сложности сравнимы с мелкой моторикой пальцев приматов, встречаются, пожалуй, только у грызунов. Но познают они мир не пальцами, а усами, или вибриссами. С их помощью грызуны "ощупывают" предметы, определяют их размер и фактуру, создают пространственный образ. В обычном состоянии у бодрствующего животного вибриссы двигаются быстро и синхронно. Но как только зверек приступает к изучению окружающего мира, вибриссы начинают двигаться в разных направлениях. Сложные единичные движения вибрисс можно вызвать и экспериментально, электрически стимулируя отдельные нейроны моторной коры животных.

Наша исследовательская группа из Института Макса Планка задалась вопросом: а что если сложные движения вибрисс, как и мелкая моторика пальцев, напрямую контролируются корой больших полушарий? Как ни странно, ответить на него нам помогли вирусы, а точнее - лентивирусы.

Лентивирусы - это группа ретровирусов, наиболее известный среди которых ВИЧ. Геном любого ретровируса представляет собой одноцепочечную молекулу РНК. В живой клетке РНК ретровируса превращается в двухцепочечную ДНК, способную встраиваться в геном других клеток. Инфицированная вирусом клетка фактически начинает работать как конвейер для сборки новых вирусов: вирусная ДНК снова производит вирусную РНК и белки оболочки, которые "комплектуют ся" в вирусы. Исследователи научились менять геном лентивируса таким образом, что новые вирусы в зараженной клетке не образуются. В результате единожды инфицированная клетка несет в себе геном лентивируса, не передавая его другим клеткам.

Чтобы узнать, как далеко простираются отростки нер-вных клеток коры головного мозга крыс, нейроны решили "пометить" зеленым флуоресцирующим белком экворином. Этот белок впервые выделила группа американских и японских исследователей из медузы Aequorea в 1962 году. В солнечном свете раствор экворина выглядит слабо-зеленым, а в ультрафиолете становится ярко-зеленым. Но как "покрасить" нейроны экворином? Мы решили эту задачу следующим образом: инфицировали нейроны моторной коры измененным лентивирусом, не способным к производству новых вирусов, а в геном лентивируса встроили чужеродную последовательность РНК, которая кодировала синтез экворина.

С помощью лентивируса в живой клетке РНК экворина превращается в ДНК, то есть в ген этого белка, встроенный в геном клетки хозяина. Клетка начинает синтезировать чужеродный флуоресцирующий белок. Экворин накапливается внутри клетки, не нарушая ее жизнедеятельности. В результате содержимое инфицированных нейронов, включая отростки, постепенно окрашивается в зеленый цвет. Таким образом, чтобы увидеть нервную клетку, достаточно посмотреть на мозг (или его срезы) в ультрафиолетовом освещении (cм. фото на 1-й стр. обложки).

Итак, спустя месяц после инъекции вируса мозг крыс сфотографировали в ультрафиолетовом свете. Самые длинные из окрашенных отростков - аксоны обнаружили на значительном удалении от клеточных тел моторных нейронов коры - на расстоянии до 2 см. Это огромное расстояние для головного мозга крысы, длина которого не превышает 4 см. А некоторые окрашенные окончания отростков моторных нейронов коры головного мозга были обнаружены в непосредственной близости от клеток ядра лицевого нерва! Эта удивительная находка позволила нам с уверенностью сказать, что кора головного мозга напрямую управляет движениями вибрисс. Ведь крупные нейроны, сосредоточенные в самой краевой части лицевого ядра, управляют исключительно мышцами усов.

Так что мышки не просто шевелят усами - они ощупывают ими предметы, испытывая ощущения, похожие на те, что осязает человек, трогающий предметы руками. Трудно сказать наверняка, почему у грызунов в ходе эволюции сформировался такой уникальный орган осязания, можно только строить предположения. В большинстве своем грызуны - туннельные животные, проводящие основное время в норах под землей. Возможно, вибриссы были отобраны в процессе эволюции как наиболее удобный орган осязания в условиях ограниченного пространства.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Вести из институтов, лабораторий, экспедиций»

Детальное описание иллюстрации

Обезьяна в возрасте одного месяца для того, чтобы взять крупный предмет из крупной ячейки, использует все пальцы на руке. Та же самая обезьяна через девять месяцев способна без труда взять даже маленький объект уже лишь двумя пальцами - большим и указательным. Такой прогресс в развитии тонких движений пальцев происходит благодаря прорастанию отростков (аксонов) нейронов коры больших полушарий к нейронам спинного мозга, напрямую контролирующим мышцы пальцев. Фотографии взяты из статьи: Kypers H.G.J.M. Progress in Brain Research, 1982, v. 52, pp. 381-401 (с любезного разрешения издательства Elsevier, 2006 год).
Отростки нейронов моторной коры головного мозга крыс (светятся зеленым цветом в ультрафиолете) образуют сеть вокруг моторных нейронов ядра лицевого нерва (окрашены в красный цвет). Это доказывает, что кора больших полушарий напрямую контролирует нейроны ядра лицевого нерва, управляющие движениями усов. Иллюстрация взята из статьи: Valery Grinevich, Michael Brecht and Pavel Osten. Journal of Neuroscience, 2005, v. 25, N 36, pp. 8250-8258 (с любезного разрешения Journal of Neuroscience и Society for Neuroscience, 2006 год).