May 6th, 2012

На нашей научной грядке большое волнение. Part II или магнитное ухо.

Продолжение. Начало вот здесь.

Второй удар, которые еще больше смешал карты тем, кто верил в две магниторецепторные системы у птиц (магнитный компас в глазу и клювный орган на основе намагниченных частичек с пока непонятной функцией), был нанесен группой американского профессора Дэвида Дикмана. Он и его постдок опубликовали две статьи, одна в Current Biology, другая в Science (здесь и здесь), о том, что они предполагают наличие еще ТРЕТЬЕЙ магниточуствительной системы, связанной с внутренним ухом птиц, а точнее с лагеной.

Для неанатомов - у позвоночных во внутреннем ухе есть органы слуха и равновесия. Улитка является органом слуха, который интерпретирует звуковые волны разных частот. В преддверии и полукружных канал есть сенсоры равновесия. Три полукружных канала, расположенных в трех ортогональных плоскостях, интерпретируют ускорение тела. В преддверии есть еще т.н. отолитные органы - utricle, saccule (есть у всех позвоночных) и lagena (есть у рыб, амфибий, рептилий, птиц, и однопроходных - примитивные млекопитающие, типа ехидны и утконоса, нет у иных млекопитающих). Это скопления клеток с т.н. волосковыми клетками, над которыми расположены камешки-отолиты. Отолиты нужны как груз, для определения вектора гравитации. Для определения расположения тела и головы в пространстве, мозг сравнивает инфу ото всех отолитных органов, плюс зрительную информацию и сигналы из механорецепторов в мышцах шеи. В итоге мы понимаем, как расположена ось нашего тела относительно вектора гравитации, и как наклонена голова.

Почему Дикман и ко обратили внимание на лагену? Во-первых, Дэвид всю жизнь связан с вестибулярной системой и работал на NASA. Ну а каждый кулик свое болото хвалит. Во-вторых, его заинтересовала одна работа японцев из Университета Хиросимы, опубликованная в 2001 г, где японцы посмотрели на отолиты разных отолитных органов и обнаружили, что только среди отолитов лагены много железа, а отолиты иных органов почти без железа. Зачем в лагене намагниченные отолиты? Наверное для магнитной ориентации, предположили японцы и вдохновили Дикмана.

Дикман и ко. в вышеупомянутой статье в Curr Biol брали голубей, фиксировали им тело и голову в стереотаксическом аппарате и в полной темноте (sic! чтобы исключить светозависимую систему магнитного компаса в глазах) вращали магнитный вектор в разных плоскостях. После этого анализировали нейронную активность по всему переднему мозгу. Как маркер активности использовали c-fos (известный ген ранней активности, экспрессируется во многих нейронах, когда нейрон активно генерирует сигналы). Для контроля брали самостоятельно пасущихся голубей (о проблеме контроля ниже).

В итоге обнаружилось, что почти у всех изученных особей четыре мозговых участка показывают  повышенную активность нейронов, по сравнению с контролем. Повышенная активность была в следующих участках:

- вестибулярные ядра (первые станции мозга, куда приходит сигнал из органов равновесия),

- часть таламуса (это основная шина мозга, через которую проходит сенсорная информация от органов чувств, кроме обонятельной, в кору головного мозга),

- гиппокамп (это интегратор всего и вся между разными участками коры и иных областей мозга, играет очень важную роль в декларативной памяти и пространственной ориентации)

- дорсальный гиперпалиум (это поверхностная область переднего мозга у птиц, аналог зрительной коры у млекопитающих). 

Потом у голубей удалили лагену и снова поместили в тот же магнитный стимул. У этих птиц в вестибулярных ядрах, таламусе и гиппокампе была явна пониженная нейронная активность. У контрольных птиц после подобной sham операции нейронная активность не была понижена.

В результате были сделаны выводы, что 1) в лагене есть магниторецепторы и работают они через намагниченные отолиты, 2) указанные 3-4 (с гиперпалиумом непонятно) указанные области мозга обрабатывают эту магнитную информацию. 

Вторая работа тех же авторов вышла буквально неделю назад в Science. Там электрофизиология, т.е. запись нейронной активности в нейронах вестибулярных ядер. Голуби были также фиксированы. Им предъявлили вращающейся в разных плоскостях магнитный вектор. Результат - многие нейроны вестибулярных ядер отвечали очень четким образом на вращающейся вектор так что максимум активности приходился на определенное положение вектора и активность падала симметрично и синусоидально при уходе вектора из данного положения влево или вправо. 

Главные притензии к вышеупомянутым работам следующие: 

1) слабый контроль. В качестве контроля в первой статье использовали свободно пасущихся голубей, тогда как  экспериментальные особи были фиксированы и, естественно, были намного более стрессованными и из-за хэндлинга и из-за нахождения в фиксированном положении.

2) в мозге всё друг с другом связано. Чем выше от рецепторов в ассоциативные области, тем сложнее определить причинно-следственные связи того, почему при той или иной манипуляции со стимулом или областью мозга нейронная активность изменилась. Если птицы какими-то магниторецепторами вне вестибулярной системы воспринимают магнитный вектор, то эта информация вполне может быть передана в вестибулярную систему, т.к. этот сигнал должен быть сравнен с расположением горизонта, т.е. с гравитационным вектором. Так что реакция клеток вестибулярных ядер на вращение магнитного вектора может быть объяснена по разному. Например, что магниторецепторы сидят во внутреннем ухе (как это думает Дикман), а может быть иная интерпретация, что активность клеток в ядрах вестибудярных ядер вызвана сравнением вектора гравитации с магнитной информацией, воспринятой где-то вне внутреннего уха. Где во вне - непонятно. Может быть в клювном органе, о существовании которого, правда, успомнились и об этом смотри мой первый пост. Может быть в сетчатке, но вроде Дикман делал эксперименты в полной темноте. А может где-то еще, где мы еще даже и не искали. 

Что со всем этим делать дальше? Как проверить предположения?

Ну, во-первых, нужно в другой лабе попробовать повторить данные результаты, т.к. еще, в 1980-е гг., были открытия электрофизиологов, нашедших магнитозависимую активность при записи из тройничного нерва. Потом оказалось, что это был артефакт. Когда работаешь с магнитным стимулом и еще делаешь электрофизиологические записи очень легко получить артефакты, т.к. сама природа стимула имеет электрическую природу.

Можно еще попробовать сделать электрофизиологические записи прямо из вестибулярного нерва при подачи магнитного стимула. Если и там будет ответ и артефакты будут исключены, то тут нужно будет говорить о ТРЕТЬЕЙ подозреваемой магниточувствительной системе, функции и физиологию которой еще только предстоит изучить в деталях. 

Вот так сейчас всё у нас запутано. Суслика (магниторецепторов) как-бы никто еще не видит, но все верят, что он с**ка, где-то есть, но где, в какой норе, никто еще не знает.