Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

Свечение индивидуальных нейронов создаёт потрясающий фронт работы – можно выявить мельчайшие особенности морфологии каждого нейрона и даже проследить путь индивидуальных аксонов и дендритов. Всё вместе это дало возможность для полноценного картирования структуры нейронных цепей мозга. А заодно превратило фотографии гистологических препаратов в настоящее арт объекты!

Прозрачный мозг

Нервную систему нематоды (C. elegans) было легко исследовать благодаря прозрачности последней. А, например, мозг мыши, в отличие от этого червячка, велик и непрозрачен.

Основную массу мозга составляют липиды клеточных мембран и миелинового покрытия нейронов, а также глии. Плотная липидная составляющая мозга слабопрозрачна для света – даже двухфотонная лазерная микроскопия, созданная для визуализации глубоких слоёв живых тканей, способна заглянуть вглубь мозга лишь на 800 мкм. Львиная доля гистологических исследования нервных тканей до недавнего времени была обречена начинаться с фиксации и изготовления срезов.

Поэтому исследователи разработали метод, позволяющий буквально прояснять мозг мыши – делать его прозрачным.

Одним из «отцов» нового метода, названного – CLARITY (англ. «ясность») и описанного в 2013 году, является Карл Дейссерот. Технология позволяет свету проходить сквозь ткань и делает её доступной для микроскопа.

Технология CLARITY основана на идее: убрать из ткани основной компонент, который мешает прохождению света – липиды. Попытка просто растворить мембраны без предварительной подготовки приводила к тому, что содержимое клеток вываливалось из них наружу. Чтобы этого избежать, препарированный мозг зафиксировали формальдегидом для фиксации и удержания на своих местах белков и нуклеиновых кислот, а затем насытили раствором мономеров геля-носителя, призванного играть роль «матрицы», после чего запускалась реакция полимеризации. В результате ткани мозга оказались буквально слиты с прозрачным гелем-носителем. Затем блок с мозгом, а точнее – тканево-гелевым гибридом, – подвергают электрофорезу в присутствии ионного детергента (SDS). В течение нескольких дней движимые электрическим полем мицеллы SDS протискиваются через тканево-гелевый гибрид, «вымывая» из него липиды. На выходе получается практически прозрачный блок, пригодный для оптической и флуоресцентной микроскопии. Однофотонная микроскопия позволяет исследовать такой препарат на глубину 3,6 мм, а не на 50 мкм, как в случае с естественным «непрозрачным» мозгом.

Рисунок 28 Технология CLARITY [28]

На картинке – изящная иллюстрация действия метода «опрозрачивания» тканей. Один и тот же мышиный мозг до (слева) и после (справа) обработки этим методом лежит на цитате великого Сантьяго Рамона-и-Кахаля: «Мозг – это целый мир со множеством неизведанных континентов и белых пятен на карте».

Применение CLARITY в сочетании с флуоресцентным окрашиванием позволяет получить чёткую трёхмерную картинку. Сегодня эта технология широко используется при создании 3D-карт мозга.

Остаётся решить задачу – как генномодифицировать единственный нейрон, или цепочку связанных нейронов. Та же проблема с которой столкнулся Гольджи. Но уже на новом уровне – Гольджи изучал срезы мозга, а современные учёные могут послойно просвечивать более-менее «целый мозг».

Истории заблуждений

Вся эта книга о том, как возникали, развивались идеи, как одни заблуждения в борьбе сменялись другими заблуждениями. Она – попытка понять, находимся ли мы на очередном этапе заблуждений или уже добрались до истины.

Наивные представления древних философов, учения средневековых мыслителей мы воспринимаем снисходительно, как детские болезни роста науки. Но нас и в XXI веке окружают отголоски заблуждений совсем недавнего прошлого. Понимание их может дать нам представление об уровне дремучести «современного человечества».

Психическая энергия

В 1840-х годах молодые ученики Иоганнеса Мюллера дали друг другу торжественную клятву, подписав её собственной кровью. Они поклялись объяснять все явления живой природы исключительно в категориях физики и химии. Среди этих учеников были Карл Людвиг, Герман Гельмгольц, Дюбуа-Реймон, а также Эрнст Брюкке. Будущие корифеи физиологии 19-го века образовали «незримый колледж», вошедший в историю под именем физико-химической школы в физиологии, лидером которой был именно Брюкке.

Брюкке считал, что «жизнь» необходимо изучать и объяснять на основании экспериментальных методов химии и физики. Главным постулатом этой школы был принцип строжайшего детерминизма1 и подход к изучению организма как энергетической системы. Из этой вполне материалистические идеи и родилась теория психической энергии. Цель её – создать психофизиологию, которая позволила бы сократить разрыв между разумом и телом, а также найти способ физиологического сохранения энергии.