Медицинский Нобель-2014: GPS головного мозга

Нобелевский комитет при Каролинском медицинском институте днем 6 октября назвал обладателей Нобелевской премии по медицине за 2014 год. Ими стали британско-американский исследователь Джон О’Киф (John O'Keefe) и норвежская супружеская пара, Эдвард и Май-Бритт Мозер (Edvard Moser, May-Britt Moser). Премия присуждена этим ученым за открытие существования в головном мозге системы глобального позиционирования, «внутренней GPS», которая делает возможной ориентацию в пространстве.

Результаты, полученные О’Кифом и супругами Мозер, дают ответы на три основных вопроса, над которыми столетиями бились философы и ученые: как мы узнаем, где находимся? Как мы находим путь от одного места до другого? И наконец, как так получается, что мы можем немедленно вспомнить дорогу, если уже хотя бы раз по ней ходили? То есть, как мозг создает карту окружающего нас пространства и как именно мы ориентируемся в сложной окружающей среде?

Джон О’Киф и «клетки местоположения»

 Автор открытия первого компонента системы «внутренней GPS», Джон О’Киф, еще в конце 1960-х годов начал нейрофизиологические эксперименты на крысах, направленные на изучение того, как именно мозг контролирует поведение. Записывая сигналы, поступающие от нервных клеток, расположенных в связанной с памятью области мозга, гиппокампе, О’Киф обратил внимание на то, что для каждой конкретной части помещения, по которому перемещаются крысы, активируется определенный пул клеток.

 {#vrez.58698}

В 1971 году ученому удалось доказать, что такая реакция не связана просто с визуальными впечатлениями – активирующиеся «клетки местоположения» являются ключевыми пунктами выстроенной мозгом внутренней карты местности. О’Киф предположил, что гиппокамп с помощью таких «клеток местоположения», автоматически возбуждающихся при попадании индивидуума в различные знакомые и незнакомые места, генерирует множество таких карт. При этом память об уже «картированном» окружающем пространстве хранится в гиппокампе в закодированном виде, как комбинация специфических реакций «клеток местоположения».  

Супруги Мозер и «решетчатые клетки»   

Более чем тремя десятилетиями позднее, в 2005 году, супруги Мозер нашли второй ключевой компонент «внутренней GPS». Они фиксировали связи в гиппокампе крыс, возникающие во время перемещения животных по комнате, и обнаружили всплеск активности в прилегающей части мозга, энторинальной коре. Специфические нервные клетки в этой области активировались, когда крысы оказывались в узловых точках на местности, образующих шестизвенную «решетку». Каждая из клеток реагировала на попадание крысы в определенное звено решетки уникальным образом.

{#vrez.58699}

Все вместе эти «решетчатые» клетки, как выяснили Мозеры, образуют в энторинальной коре систему координат, обеспечивающую пространственную навигацию. А в совокупности с другими клетками этой области мозга, которые распознают направление расположения головы и границы помещения, «решетчатые» клетки и открытые О’Кифом «клетки местоположения» в гиппокампе образуют единую сеть, представляющую собой всеобъемлющую «систему глобального позиционирования» в мозге.  

Сдвиг парадигмы

Свежие данные изучения головного мозга с помощью методов магнитно-резонансной томографии, а также результаты исследований, проведенных во время нейрохирургических операций, подтвердили факт существования «решетчатых» клеток и «клеток местоположения» у человека. Кроме того, исследования показали, что потеря способности к пространственной ориентации на ранних стадиях болезни Альцгеймера связана с поражением именно энторинальной коры и гиппокампа. В Нобелевском комитете подчеркивают, что работы Мозеров и О’Кифа помогают понять биологический механизм, лежащий в основе этого процесса.

{#vrez.58700}

«Открытие системы позиционирования в головном мозге означало сдвиг парадигмы, переворот в осознании того, как именно группы специализированных клеток сообща, в ансамбле руководят функциями высшей нервной деятельности. Это открыло новые горизонты в понимании других сложнейших когнитивных процессов, таких, как память, мышление и планирование будущих действий», - объясняют в Нобелевском комитете свой выбор.  

Джон О’Киф родился в Нью-Йорке в 1939 году и имеет двойное британско-американское гражданство. Он получил докторскую степень по психофизиологии в 1967 году в Университете МакГилл (Канада), после чего перебрался в Великобританию, в University College London, где в 1987 году стал профессором когнитивной неврологии. В настоящее время О’Киф возглавляет Sainsbury Wellcome Centre in Neural Circuits and Behaviour в University College London.

Май-Бритт Мозер родилась в 1963 году в Фоснаваке, Норвегия. Она изучала психологию в Университете Осло вместе со своим будущим мужем Эдвардом. В 1995 году там она получила степень по нейрофизиологии, а в 2000 году стала профессором неврологии в Норвежском университете науки и технологий в Тронхейме, где в настоящее время возглавляет Центр нейрокомпьютерных вычислений.

Эдвард Мозер родился в 1962 году в Элесунде, Норвегия. Как и его супруга, в 1995 году он получил степень по нейрофизиологии в Университете Осло, а затем перебрался в Тронхейм, в Норвежский университет науки и технологий, где в 1998 году стал профессором. В настоящее время Мозер возглавляет Kavli Institute for Systems Neuroscience в Тронхейме.

Лауреаты Нобеля-2014 разделят сумму в восемь миллионов шведских крон (1,1 миллиона долларов, 881 тысяча евро) пополам – половину получит О’Киф, а половину – супруги Мозер. По традиции, вручение премии состоится 10 декабря, в ходе торжественной церемонии в Стокгольме.