Для ученых, ищущих "диспетчерскую" мозга," область, называемая клауструмом, стала убедительным кандидатом. Считается, что эта малоизученная глубокая структура мозга является местом, где объединяются несколько органов чувств, контролируется внимание и возникает сознание. Наблюдения на мышах теперь подтверждают роль клауструма как центра координации деятельности мозга. Новое исследование RIKEN Center for Brain Science (CBS) показывает, что медленноволновая активность мозга, характерная для состояний сна и покоя, контролируется клаустром. Синхронизация безмолвных и активных состояний в больших частях мозга этими медленными волнами может способствовать сознанию.
Случайное открытие привело к тому, что Ёсихиро Йошихара, руководитель группы CBS, исследовал клауструм. Его лаборатория обычно изучает обоняние и обнаружение феромонов, но они случайно обнаружили генетически модифицированную линию мышей с определенной популяцией клеток мозга, которая присутствовала только в клаустре. Эти нейроны можно было включить с помощью оптогенетической технологии или выборочно заглушить с помощью генетических манипуляций, что позволило изучить то, что оказалось обширной сетью, управляемой клаустром. Исследование Йошихары и его коллег было опубликовано в журнале Nature Neuroscience 11 мая.
Они начали с сопоставления входов и выходов клаустры и обнаружили, что многие области мозга более высокого порядка отправляют связи с клаустрой, например, те, которые участвуют в управлении ощущениями и моторикой. Исходящие связи из клаустры широко распространялись по всему мозгу, достигая множества областей мозга, таких как префронтальная, орбитальная, поясная, моторная, островная и энторинальная кора. "Клауструм находится в центре широко распространенной сети мозга, охватывающей области, участвующие в когнитивной обработке," говорит соавтор Кимия Нарикиё. "По сути, он достигает всех высших областей мозга и всех типов нейронов, что делает его потенциальным оркестратором активности всего мозга."
В самом деле, это то, что обнаружили исследователи, оптогенетически манипулируя нейронами клауструма. Возбуждение нейронов в клаустре тесно коррелирует с медленноволновой активностью во многих областях мозга, которые получают информацию от клаустры. Когда они искусственно активировали клаустру с помощью оптогенетической световой стимуляции, это подавляло активность мозга по всей коре – явление, известное как "В нерабочем состоянии," которые можно увидеть, когда мыши спят или отдыхают. Известно, что состояния «вверх» и «вниз» синхронизируются через кору с помощью медленных волн активности, которые проходят от передней части мозга к задней. "Медленная волна особенно важна во время сна, потому что она способствует гомеостазу синапсов в мозгу и объединяет воспоминания из предыдущего периода бодрствования," комментарии Йошихара.
Клаустрам оказывается жизненно важным для генерации этой медленноволновой активности. Генетическое удаление нейронов клаустры значительно уменьшило медленные волны во фронтальной коре. "Мы думаем, что клаустр играет ключевую роль в запуске состояний депрессии во время медленноволновой активности, поскольку он широко воздействует на многие области коры," говорит Йошихара. Когда эти области впоследствии переходят в рабочее состояние и срабатывают синхронно, это служит для «воспроизведения» воспоминаний, передачи информации между областями и консолидации долговременных воспоминаний, "все функции, которые могут косвенно способствовать сознательному состоянию," Йошихара наблюдает. "Клауструм является координатором глобальной медленноволновой активности, и это настолько захватывающе, что мы приближаемся к связыванию определенных мозговых связей и действий с конечной загадкой сознания."