Живые ископаемые эволюции мозга

Международная команда исследователей под руководством учёных из Института динамики и самоорганизации Макса Планка, Гёттингенского университета и Гёттингенского центра Бернштейна пришла к выводу, что архитектура мозга мыши за время эволюции, возможно, почти не изменилась. Как и у крошечных предков современных млекопитающих, живших около 80 миллионов лет назад, нервные клетки в зрительной коре мыши плотно упакованы на небольшой площади мозга.

Однако в ходе последующей эволюции более крупных мозгов архитектура коры больших полушарий была радикально перестроена. Мозги более крупных млекопитающих, таких как человек, имеют совершенно иную структуру по сравнению с мозгом мыши. Процессы самоорганизации привели к появлению модулей, в которых нейроны совместно отвечают за конкретные задачи.

Эволюционный "скачок роста"

Предки современных млекопитающих, жившие 80 миллионов лет назад, весили менее 100 граммов и были размером в несколько сантиметров. Только после массового вымирания динозавров 65 миллионов лет назад млекопитающие получили возможность для "скачка роста". За несколько миллионов лет эволюционировали млекопитающие, которые были более чем в 100 раз крупнее своих мезозойских предков.

Как сообщает команда учёных в журнале Science, этот скачок роста, вероятно, привёл к фундаментальной перестройке нейронных цепей в мозге.

Модули зрительной коры

Важным аспектом эволюции человека стало увеличение мозга, особенно коры больших полушарий. У человека и многих других млекопитающих эта область мозга разделена на модули, где группы нейронов связаны в плотные сети и вносят вклад в общие задачи, например, восприятие определённого оттенка.

Исследование анализирует эволюцию так называемых ориентационных колонок — модулей зрительной коры, лежащих в основе восприятия формы. Сотни таких модулей размером около одного миллиметра расположены бок о бок в зрительной коре.

Новое исследование показывает, что это пространственное расположение точно следует геометрическим правилам. Удивительно, что одни и те же законы независимо эволюционировали в отдельных линиях, приведших к развитию крупных мозгов, и даже у животных, сильно различающихся по размеру мозга.

Пределы для маленького мозга

Эти законы не могли применяться на протяжении всей филогении. Вольфганг Кейл, первый автор исследования, поясняет: «У наших мезозойских предков эти правила архитектуры мозга, должно быть, достигли своих пределов. Их мозги были настолько крошечными, что в коре больших полушарий не поместился бы даже один модуль».

Таким образом, исследователи считают вероятным, что у наших предков была принципиально иная архитектура зрительной коры.

Фактически, все ныне живущие млекопитающие легче 100 граммов, по-видимому, полностью лишены ориентационных колонок. У мышей, например, нервные клетки, обрабатывающие разные задачи в зрительной коре, кажутся случайно перемешанными. Мышь является одним из ближайших родственников приматов и представляет собой «живое ископаемое» в плане архитектуры нейронных цепей.

Фред Вольф, руководитель исследования, отмечает: «На самом деле, существует множество "тёмных континентов" в отношении архитектуры зрительной коры у разных линий млекопитающих». Учёные надеются, что их работа побудит коллег по всему миру помочь разрешить эту фундаментальную загадку наших истоков.