НОБЕЛЕВСКАЯ  ПРЕМИЯ  2014  ГОДА  ПО  ФИЗИОЛОГИИ  И  МЕДИЦИНЕ:  ИСТОРИЯ,  СУЩНОСТЬ  И  ЗНАЧИМОСТЬ  ОТКРЫТИЯ

Горбунова  Анна  Олеговна

студент  2  курса,  факультета  специальной  педагогики,  СГПИ,  РФ,  г.  Ставрополь

E-mail:  myemotions09@bk.ru

Мишина  Нина  Федоровна

научный  руководитель:  канд.  мед.  наук,  доцент  кафедры  биологии  и  экологии,  СГПИ,  РФ,  г.  Ставрополь

Ежегодно  в  Стокгольме,  начиная  с  1901  года,  проходит  одно  из  важных  событий  культурного  и  научного  мира  —  вручение  Нобелевской  премии.  Это  наиболее  престижная  международная  премия,  которая  присуждается  за  выдающиеся  научные  исследования,  революционные  изобретения  или  крупный  вклад  в  культуру  или  развитие  общества.  Нобелевская  премия  стала  присуждаться  после  оглашения  завещания  Альфреда  Нобеля  [5].  Был  создан  Норвежский  Нобелевский  комитет,  который  до  сих  пор  ответственен  за  присуждение  Нобелевской  премии.  Лауреатам  вручают  диплом  и  медаль,  а  также  денежное  вознаграждение. 

В  октябре  2014  года  Нобелевская  премия  в  области  физиологии  и  медицины  была  присуждена  нейрофизиологу  из  Великобритании  Джону  М.  О’Кифу  и  ученым  из  Норвегии  Мэй-Бритт  и  Эдварду  И.  Мозер  за  открытие  нервных  клеток,  ответственных  за  формирование  чувства  пространства.  Данное  открытие  помогает  понять  способность  организма  к  ориентации  в  пространстве,  которая  требует  объединение  сенсорной  мультимодальной  информации,  выполнения  движений  и  воссоздания  воспоминаний.  Эта  способность  является  одной  из  сложнейших  функций  мозга.  Данное  открытие  является  огромным  прорывов  в  понимании  функционирования  мозга. 

Еще  в  древние  времена  естествоиспытатели,  философы  задавались  вопросом:  «как  мозг  создаёт  карту  места  и  как  мы  можем  прокладывать  путь  через  окружающее  пространство»  [3].  Так,  Иммануил  Кант  в  своей  работе  «Критика  чистого  мозга»  предположил,  что  способность  ориентироваться  в  пространстве  является  врожденной  способностью  мозга.  Только  в  1948  году  первым  поддержал  эту  идею  Эдвард  Толмэн.  Проводя  опыты  на  крысах,  он  предположил,  что  при  изучении  окружающего  мира  в  головном  мозге  формируется  когнитивная  карта,  которая  в  дальнейшем  помогает  в  выборе  оптимального  пути.  В  то  время  его  предположение  мало  кто  поддерживал.  Считалось,  что  выбор  пути  осуществляется  за  счет  последовательных  двигательных  реакций  в  ответ  на  внешние  стимулы. 

Проверить  предположение  Толмэна  взялся  в  конце  1960-х  годов  Джон  О’Киф.  Использовав  метод  вживленных  электродов,  он  записывал  активность  нейронов  в  области  гиппокампа  крыс,  где  и  обнаружил  первый  элемент  —  «клетки  места».  В  отличие  от  других  ученых,  которые  раньше  так  же  наблюдали  за  активностью  в  гиппокампе,  О’Киф  впервые  стал  делать  записи  при  привычной  для  животных  активности.  Позволив  крысам  свободно  передвигаться  по  клетке,  он  заметил,  что  когда  животное  находилось  в  определенном  участке  клетки,  только  тогда  определенные  группы  нейронов  начинали  активироваться.  Джон  О’Киф  изучил  эти  нейроны  подробнее  и  выяснил,  что  их  возбуждение  никак  не  связана  с  сенсорными  сигналами,  а  совокупность  «клеток  места»  создает  карту  окружающего  пространства.  Однако  к  публикациям  об  этих  нейронах  его  коллеги  отнеслись  довольно  скептически.  Но,  несмотря  на  это,  вслед  за  первыми  экспериментами  последовали  другие,  а  к  началу  1990-х  годов  знания  о  существовании  в  мозге  особой  системы  навигации  вошло  в  учебники. 

Свое  развитие  представление  о  системе  навигации  получило  в  работах  учеников  О’Кифа  —  супругов  Мозер.  Мэй-Бритт  и  Эдвард  Мозер,  работая  в  лаборатории  О’Кифа,  заинтересовались  изучением  работы  «клеток  места»  и  роли  гиппокампа  в  пространственной  ориентации.  В  1996,  приступая  к  новым  экспериментам,  они  пытались  выяснить,  участвуют  ли  другие  зоны  мозга  в  работе  ментальной  карты.  В  своих  экспериментах  они  усовершенствовали  установку  О’Кифа,  дав  животному  возможность  передвигаться  на  несколько  метров,  тогда  как  в  работах  О’Кифа  крыса  могла  передвигаться  на  10—15  сантиметров.  При  этом  они  регистрировали  активность  одиночных  нейронов  гиппокампа.  В  2005  году  им  удалось  обнаружить  «клетки  координатной  сетки»,  расположенные  в  энториальной  коре,  которая  располагается  рядом  с  гиппокампом.  Оказалось,  что  эти  клетки  ведут  себя  удивительнее,  чем  «клетки  места».  Отдельные  нейроны,  описанные  супругами  Мозер,  активировались,  когда  крыса  находилась  в  нескольких  точках  поля.  При  этом  вместе  эти  точки  поля  образовывали  шестиугольник,  а  в  совокупности  с  точками  активности  других  нейронов  —  целую  шестиканальную  сеть,  отчего  эти  нейроны  и  получили  свое  название.  Таким  образом,  в  мозге  создается  «карта-схема»  границ  места.  Такая  сеть,  покрывающая  все  окружающее  пространство,  помогает  мозгу  определять  расстояния,  а  не  только  положение  животного  в  пространстве  [4].

«В  нашем  головном  мозге  есть  клетки,  похожие  на  систему  GPS  (англ.),  они  обрабатывают  информацию  о  нашем  местоположении  и  создают,  в  некотором  роде,  карту  окружающего  пространства»,  —  говорит  Эдвард  Мозер.  «Не  совсем  карту,  скорее,  систему  координат,  как  широта  и  долгота  на  картах  местности»,  —  поправляет  его  супруга,  Мэй-Бритт  [3].

Исследования  О’Кифа  и  Мозер  вызвали  большой  интерес  у  нейрофизиологов  и  побудили  многих  ученых  обратиться  к  этой  теме.  Постепенно  были  открыты  и  другие  элементы  этой  внутренней  системы  ориентации  —  «клетки  направления»,  расположенные  в  субикулуме,  и  «краевые  клетки»,  расположенные  в  гиппокампе.  «Клетки  направления»  определяют,  в  какую  сторону  направлена  голова  животного.  «Краевые  клетки»  помогают  «отметить  на  карте»  расположение  стен,  ограничивающих  территорию.  Кроме  того,  были  обнаружены  клетки  со  смешанной  активностью  [4].

В  2010  году  исследователи  обнаружили,  что  у  маленьких  крысят,  впервые  в  жизни  отправившихся  на  прогулку,  уже  есть  нормально  работающие  «клетки  места»  и  «клетки  направления»,  и  только  «клетки  координатной  сетки»  появляются  немного  позже.  Получается,  что  основные  компоненты  системы  пространственного  восприятия  формируются  у  млекопитающих  еще  до  приобретения  ими  какого-либо  опыта  навигации.  Тем  самым  данное  открытие  подтверждает  предположение,  выдвинутое  И.  Кантом  более  200  лет  назад. 

Лауреаты  проводили  исследования  на  крысах.  В  последствии  аналогичные  клетки  были  найдены  у  других  млекопитающих,  в  частности  у  обезьян.  Более  того,  в  экспериментах,  проведенных  при  лечении  пациентов  с  эпилепсией,  в  соответствующих  зонах  головного  мозга  были  обнаружены  нейроны,  похожие  на  «клетки  места»  и  «клетки  координатной  сетки».  Подтверждают  это  и  эксперименты  с  применением  функциональной  магнитно-резонансной  томографии.  Имеющиеся  данные  позволяют  предположить,  что  система  ориентации  является  консервативной  системой  головного  мозга  всех  позвоночных  животных  [6].

Рассмотрев  научное  открытие,  Нобелевский  комитет  принял  решение  наградить  Джона  О’Кифа,  Мэй-Бритт  и  Эдварда  Мозер.  «Открытия  Джона  О'Кифа,  Мэй-Бритт  Мозер  и  Эдварда  Мозера  решили  проблему,  которая  волновала  умы  философов  и  учёных  на  протяжении  веков  …  ,  —  комментирует  нобелевский  комитет.  —  Чувство  места  и  способность  навигации  —  неотъемлемые  части  нашего  существования.  Чувство  места  дает  представление  о  нашей  позиции  в  пространстве.  В  процессе  ориентирования  оно  перекликается  с  чувством  дистанции,  основанном  на  знании  о  предыдущих  позициях»  [3].

Данные  открытия  имеют  колоссальное  значение  в  понимании  механизмов  ориентации  в  пространстве.  Ученые  предположили,  что  активность  топографических  клеток  и  их  взаимодействие  с  другими  специализированными  нейронами  лежит  в  основе  формирования  воспоминаний  и  других  когнитивных  процессов. 

Ведущий  научный  сотрудник  лаборатории  физиологии  и  генетики  поведения  биологического  факультета  МГУ  Павел  Купцов  в  «Газете.Ru»  сказал  следующее:  «Я  считаю,  это  очень  важное  и  достойное  открытие,  поскольку  оно  проливает  свет  на  нервные  механизмы  ориентации  в  пространстве  и  пространственной  памяти.  Эти  ученые  показали,  какие  нейроны  обеспечивают  запоминание  той  или  иной  точке  пространства,  как  мы  ориентируемся  в  знакомом  или  незнакомом  месте.  Они  очень  здорово  продвинули  наши  представления  о  том,  как  мозг  решает  подобного  рода  задачи.  ...  «Клетки  места»  —  это  нейроны,  которые  избирательно  испускают  электрический  разряд,  когда  животное  или  человек  находится  в  определенной  точке  пространства.  Это  клетки  памяти  на  те  или  иные  точки  пространства.  А  «клетки  решетки»,  на  мой  взгляд,  правильно  назвать  координационными  нейронами.  Если  представить  себе  координатную  сетку,  наброшенную  на  пространство,  то  одна  клетка  разряжается  в  нескольких  узлах  координатной  сетки.  Фактически  эти  клетки  обеспечивают  внутреннюю  мозговую  систему  координат.  Помимо  очень  большого  фундаментального  значения  этих  работ,  у  них  есть  и  практический  выход.  Эти  клетки  очень  часто  поражаются  при  болезни  Альцгеймера  и  других  нейродегенеративных  заболеваниях.  Один  из  симптомов  этих  заболеваний  —  потеря  ориентации  в  пространстве.  И,  по-видимому,  это  связано  с  нарушением  работы  этой  мозговой  системы  позиционирования»  [3].

Андрей  Абрамов,  профессор  факультета  молекулярной  нейробиологии  института  неврологии  Университетского  колледжа  Лондона,  также  высказал  свое  мнение  по  поводу  открытия:  «Открытие,  а  точнее  целая  серия  работ  О’Кифа  и  его  бывших  сотрудников,  имеет  огромное  значение,  так  как  определяет  пространственную  память  и  её  привязку  к  определённым  клеткам.  Что  касается  прикладной  ценности  —  у  пациентов  с  болезнью  Альцгеймера  одним  из  первых  симптомов  является  потеря  пространственной  памяти.  Исследования  О’Кифа  и  супругов  Мозер  помогут  если  не  лечить  эту  болезнь,  то  хотя  бы  искать  пути  её  лечения  более  направленно»  [2].

Итак,  ученые  сходятся  на  том,  что  знание  о  системе  клеток,  позволяющих  ориентироваться  в  пространстве,  поможет  в  понимании  причин  резкого  когнитивного  снижения  у  пациентов  с  болезнью  Альцгеймера.  Они  также  сходятся  во  мнении,  что  данное  открытие  послужит  «навигатором»  против  Альцгеймера.  Возможно,  в  дальнейшем  проведенные  исследования  откроют  способы  защиты  клеток  мозга,  которые  поражаются  данной  патологией,  а  также  помогут  в  создании  лекарственных  средств. 

Изучение  работы  сложных  нейронных  структур  имеет  важное  значение  для  активно  развивающейся  области  нейрокомпьютеров  и  робототехники,  позволяя  использовать  природные  решения  в  качестве  технологических  находок.  Данное  открытие,  несомненно,  будет  иметь  значение  для  дальнейшего  развития  нейрофизиологии,  психофизиологии,  нейропсихологии,  неврологии  и  психопатологии.

Список  литературы:

1. Коржова  В.  GPS  в  нашем  мозге:  Нобелевская  премия  по  физиологии  и  медицине  2014  /  В.  Коржова  //  Биомолекула.  —  2014.  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://biomolecula.ru/content/1462.  —  (Дата  обращения:  20.11.2014). 
2. Маркина  Н.,  Мищенко  Е.  Корягин  В.  «Нобель»  супругам  за  ориентации  /  Н.  Маркина,  Е.  Мищенко,  В.  Корягин  //  Газета.RU.  —  2014.  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.gazeta.ru/science/2014/10/06_a_6250057.shtml.  —  (Дата  обращения:  20.11.2014). 
3. Нобелевская  премия  по  физиологии  и  медицине  2014  //  Nobelprize.org.  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2014/.  —  (Дата  обращения:  20.11.2014).
4. Нобелевская  премия  //  Википедия.  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  https://ru.wikipedia.org/wiki/%CD%EE%E1%E5%EB%E5%E2%F1%EA%E0%FF_%EF%F0%E5%EC%E8%FF.  —–  (Дата  обращения:  20.11.2014). 
5. Овчинников  В.  Нобелевская  премия:  Джон  О’Киф  и  его  коллеги  —  за  открытие  «внутреннего  GPS»  человека  /  В.  Овчинников  //  Apparat:  научно-популярный  журнал.  —  2014.  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://apparat.cc/world/nobel-medicine-2014/.  —  (Дата  обращения:  20.11.2014). 
6. Ярцев  М.М.,  Улановский  Н.  Представление  о  трехмерном  пространстве  в  гиппокампе  летучих  мышей  /  М.М.  Ярцев,  Н.  Улановский  //  Science:  научный  журнал.  —  2013.  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.sciencemag.org/content/340/6130/367.  —  (Дата  обращения:  20.11.2014).