Воображаемые кофе и чай будят мозг

Представляя себе кофе и чай, мы стимулируем мозг и сердце.

Мы настолько привыкли к тому, что кофе и чай нас бодрят, делают более внимательными и вообще заставляют проснуться, что порой кофе и чай даже не обязательно пить – достаточно просто их представить себе. Исследователи из Университета Торонто и Университета Монаша в нескольких экспериментах предлагали группе добровольцев подумать о кофе и чае. В одном варианте фигурировала некая компания, которая производит кофе и чай и которой нужны новые слоганы для рекламной компании – эти слоганы и нужно было придумать; в другом случае участники эксперимента читали тексты про свойства кофе и чая, которые потом нужно было самим дополнить.

В статье в Consciousness and Cognition говорится, что даже такие воображаемые кофе и чай могут влиять на психику и физиологию, хотя эффект от мнимого чая в некоторых случаях был меньше, чем от мнимого кофе. Во-первых, от раздумий на тему кофе и чая приходила бодрость – не только сами участники эксперимента говорили о том, что они стали бодрее, это было видно и по их сердцебиению. Кроме того, человек начинал мыслить и воспринимать окружающее более детально, отдавая предпочтение более конкретным понятиям и формулировкам, нежели абстрактным описаниям.

Исследователи заметили, что у человека, подумавшего о кофе или чае, меняется даже восприятие будущего времени. Например, у подопытного сначала спрашивали, какие у него планы на более-менее ближайшее время (например, сходить к стоматологу или отправиться в отпуск), потом он размышлял о кофе и ли чае, а потом снова оценивал, что он хочет сделать. Оказывалось, что после размышлений о чае и кофе уменьшался временной диапазон, в которые должны были уместиться будущие планы. Всё это – признаки повышенной умственной активности, и повышенной она стала, как полагают авторы работы, как раз из-за воображаемых чая и кофе. 

В исследовании участвовали как западные люди, так и восточные – выходцы из Японии, Китая и Кореи. Кофе в большей степени западный напиток, и представления о том, что он бодрит и стимулирует, должны крепче сидеть в западной голове. Действительно, воображаемый кофе лучше действовал на европейцев и североамериканцев (хотя в опыте с планами на будущее разницы между «западом» и «востоком» не было).

Здесь было бы интересно сравнить стимулирующую силу воображаемого и настоящего кофе, хотя, надо думать, воображаемый с настоящим вряд ли может тягаться. Также стоит сказать, что участников эксперимента для сравнения следовало бы просить подумать о каких-то других напитках, например, о соках или на худой конец просто о чистой воде – но такого контрольного опыта исследователи не делали. Впрочем, если учесть, что даже воображаемые гены могут влиять на нашу психологию и физиологию, то что уж удивляться бодрящему эффекту от воображаемого кофе.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь 

Вирусы отвлекают иммунитет от бактерий

Иммунная система, пытаясь устранить бактериальный вирус, упускает из виду саму бактерию.

Вирусы-бактериофаги, заражающие бактерий, не обязательно их убивают – часто оказывается, что вирус довольно долго живёт внутри бактерии, и бактерия даже использует такого сожителя. Так, исследователи из Стэнфорда обнаружили, что один из вирусов, который заражает бактерии синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa), защищает своих хозяев от иммунной атаки.

Синегнойная палочка часто заражает раны, из-за чего они дольше заживают. Для эксперимента взяли образцы тканей более чем у сотни людей с труднозаживающими ранами, и в 37 случаях оказалось, что в ранах есть P. aeruginosa. Бактерии эти в 68% случаев были с фагом под названием Pf. Синегнойных палочек переносили на раненых мышей. Чтобы заразить рану – то есть чтобы бактерии в ней прижились – палочек с вирусом нужно было намного меньше, чем палочек без вируса; и сами мыши чаще гибли от инфекции, если их заражали бактериями с вирусом. То есть палочкам с бактериофагом явно сопутствовал больший успех – иммунной системе справиться с ними было намного труднее.

В статье в Science говорится, что сначала к бактериям в ранах, как и положено, приходили иммунные клетки фагоциты, которые должны их поедать. Но если фагоциты встречали палочек с бактериофагом, то вскоре они прекращали охоту за бактериями и посылали химические сигналы, привлекающие другие иммунные клетки – те, которые должны бороться с вирусами. Но ведь бактериальный вирус для животных не опасен. Авторы работы полагают, что иммунитет путал бактериофага с вирусом животных, скорее всего, потому, что из-за бактериофага в тканях появлялась двуцепочечная РНК, а как раз такая РНК возникает в животных клетках при некоторых вирусных инфекциях. Как бы то ни было, получалось так, что бактериальный вирус отвлекал внимание иммунитета от бактерии, и та благополучно размножалась, мешая ране заживать и отравляя всё вокруг.

Но если мышей в эксперименте предварительно вакцинировали против фага Pf, то иммунитет потом уже не отвлекался и вполне успешно истреблял бактерию. Очевидно, после вакцины иммунная система довольно быстро справлялась с вирусом и могла в полной мере заняться другим патогеном.

В конце прошлого года мы описывали ещё один механизм того, как вирус помогает бактерии уходить от иммунной атаки – тогда в Nature была опубликована статья, в которой говорилось, что бактериофаг может дать бактериям золотистого стафилококка фермент, маскирующий их от антибактериальных антител. Правда, те эксперименты ставили с клеточными культурами, и в перспективе ещё предстоит выяснить, влияет ли как-то вирусная модификация на патогенность бактерии в настоящем живом организме.



По материалам Nature.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь

Виноваты ли в выкидышах плохие сперматозоиды?

Повреждения в ДНК мужских половых клеток сопутствуют неоднократной потере беременности.

Некоторым парам не удаётся завести ребёнка из-за постоянных выкидышей – когда беременность прерывается до двадцатой недели. Если такое случилось трижды и более, то говорят о периодической потере беременности – считается, что от неё страдают 1–2% семейных пар, хотя статистика здесь может быть довольно устаревшей.

Обычно в таких случаях говорят о каких-то неполадках с материнским организмом: это могут быть хромосомные аномалии, или же проблемы с гормонами, или инфекционные заболевания, или же возраст беременной, и т. д. Но, как пишет портал Science News, можно насчитать до половины случаев, когда постоянным выкидышам не получается найти никакой причины.

Исследовали из Имперского колледжа Лондона полагают, что среди этих неизвестных причин выкидышей могут быть плохие сперматозоиды. Речь не об их количестве или подвижности, а о состоянии их ДНК. Авторы работы проанализировали сперматозоиды у 49 мужчин, чьи партнёрши пережили несколько выкидышей подряд. Оказалось, что у этих мужчин в сперматозоидной ДНК вдвое больше повреждений, а в сперматозоидах скапливается в четыре раза больше опасных окислительных молекул – кислородных радикалов; эти радикалы как раз и могли повредить ДНК мужских половых клеток. (Кстати, если сравнивать с яйцеклетками, то в сперматозоидах вообще накапливается намного больше мутаций.) Свои результаты исследователи доложили на ежегодном съезде Эндокринологического общества в Новом Орлеане.

Известно, что сперматозоиды играют важную роль в формировании плаценты, а ведь именно через плаценту материнский организм общается с вынашиваемым ребёнком. Возможно, из-за повреждений в сперматозоидной ДНК плацента перестаёт работать, как надо, и всё заканчивается выкидышем. Но пока тут требуются ещё дополнительные исследования, чтобы понять, что именно за механизмы тут срабатывают и как можно на них подействовать так, чтобы ребёнок остался в утробе матери весь положенный срок.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь 

Мозг искажает пространство в зависимости от собственных целей

…но искажает он, конечно, не реальное пространство, а нейронную систему координат, которая помогает ориентироваться на местности.

Для ориентации в пространстве в мозге есть два типа нейронов. Первые сидят в гиппокампе и хранят разные особенности окружающего ландшафта. Иными словами, они удерживают карты местности, и каждая карта кодируется особой комбинацией клеток. Эти нейроны так и назвали – нейроны места. Другие, сидящие в энторинальной коре, по очереди возбуждаются, пока индивидуум передвигается в пространстве, – то есть они отмечают участки территории. Их особенность в том, что включаются такие нейроны по особой схеме, разбивая пространство на шестиугольные фрагменты, делая его похожим на огромную решётку. Отсюда и их название – grid-нейроны, или нейроны решётки. Они задают систему координат, в которой мозгу удобно описывать конкретный ландшафт и собственные перемещения в пространстве. За открытие обоих типов нейронов навигации в 2014 году дали Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Казалось бы, нейроны решётки (которые ещё называют GPS-системой мозга), должны всегда работать одинаково, независимо от того, что мы думаем и чувствуем – ведь они просто дают систему координат. Но на самом деле нейронная координатная решётка может искажаться. Исследователи из Австрийского научно-технологического института сажали крыс на особую поверхность, покрытую периодическими ямками. В трёх ямках прятали угощение, которое крыса должна была найти. Чтобы животные не нашли его сразу по запаху, всю поверхность присыпали пылью, сделанной из того же самого угощения; в результате крыса должна была проверять ямку за ямкой, пока не найдёт то, что хотела. Животные постепенно выучивали, где лежит еда, и потом шли уже целенаправленно к нужному отверстию. На следующий день эксперимент повторяли, но еду перекладывали из прежней ямки в другую.

Одновременно у крыс записывали активность нейронов места и нейронов решётки, и оказалось, что ожидание награды влияло на активность тех и других. Собственно, от нейронов места, наверное, можно было ожидать, что они пойдут на поводу у желаний, но было удивительно, что и нейроны решётки могут изменить координатную сетку в зависимости от того, какая цель у индивидуума в данный момент. Например, как говорится в статье в Science, если очередное угощение ожидалось по правую сторону от крысы, то и среди нейронов решётки активнее работали те, которые соответствовали правым узлам координатной сетки; левые же работали слабее. 

Сами нервные клетки, конечно, не меняли положение в мозге, но их меняющаяся активность давала искажение координатных шестиугольников (потому что путешествию через разные координаты соответствует активность тех или иных нейронов решётки) – как если бы вершина шестиугольника притягивалась поближе к точке с едой. Соответственно, если угощение перекладывали с места на место, активность нейронов навигации менялась – узлы координатной сетки начинали смещаться в другие стороны.

В экспериментах другой исследовательской группы из Стэнфорда, крысы тоже искали еду в углублениях на полу, причём когда крысы приближались к правильному месту, они слышали некий звук. Постепенно животные поняли, что звук означает место с едой. И звук, как оказалось, влиял на нейроны решётки. Когда крыса приближалась к месту с едой и слышала звуковой сигнал, что еда рядом, активность нейронов решётки менялась: те, которые должны были размечать территорию с едой, начинали активнее генерировать импульсы, кроме того, нейроны выстраивали более плотную решётку, чтобы получить более детальную разметку местности. Результаты этих экспериментов также описаны в Science.

Иными словами, система навигации не только прислушивается к тем целям, которые заставляют субъекта рыскать по округе, она ещё и собирает информацию от других сенсорных систем, чтобы помочь сориентироваться в той части местности, которая нас интересует. Мы говорим «нас», потому что, хотя эксперименты ставили на крысах, система навигации нейронов места и нейронов решётки, очевидно, свойственна всем млекопитающим. И мы возьмём на себя смелость сказать, что многие из нас сами чувствовали, как нейроны решётки искажают пространство – когда место, до которого вы хотите добраться, оказывается дальше, чем вам казалось.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь 

В чужом лице мозг в первую очередь видит пол и возраст

Но быстрее всего мозг распознаёт пол всё же у знакомых людей.

Нет нужды объяснять, сколь важно для нас правильно распознавать лица. Без этого умения вся наша социальная жизнь пойдёт прахом, поэтому неудивительно, что в нашем мозге есть целый специальный отдел, который занимается именно распознаванием лиц. Достаточно одного взгляда, чтобы этот отдел проанализировал массу параметров: возраст, пол, эмоции, знаком ли нам человек или нет, и т. д. Но притом какие-то параметры мозг считывает в первую очередь, а какие-то – во вторую.

Известно, что люди с прозопагнозией – то есть те, которые не могут отличить лицо одного человека от другого – всё же правильно определяют пол, то есть мужчин с женщинами не путают. Исследователи из Массачусетского технологического института решили узнать подробнее, как в распознавании лица «половой» параметр связан с остальными. Реакцию мозга оценивали с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ) – метода, который позволяет измерять магнитные поля, появляющиеся в результате электрической активности мозга. В отличие от магнитно-резонансной томографии (МРТ), магнитоэнцефалография ловит изменения в работе мозга, которые случаются в очень небольшой промежуток времени, буквально за несколько миллисекунд.

В статье в Nature Communications говорится, что, если судить по активности мозга во время распознавания лица, в первую очередь распознаются пол и возраст – на это уходит 60–70 миллисекунд. Спустя 30 миллисекунд до мозга «доходит» идентичность другого человека. Дело тут не столько в поле и возрасте как таковых, сколько в том, что это наиболее простые, грубые параметры, которые считать проще всего.

Авторы работы также решили выяснить, как мозг распознаёт знакомые и незнакомые лица. Дело в том, что знакомые физиономии мы узнаём в самых разных условиях – какую бы причёску или очки ни носил человек, в каком ракурсе мы бы ни смотрели на него и т. д. А вот один и тот же незнакомый человек на двух разных фото (например, с длинными волосами и с короткими) покажется нам двумя разными людьми.

Участникам эксперимента показывали фото американских знаменитостей и немецких – поскольку сами добровольцы были американцами, местных знаменитостей они знали намного лучше. Оказалось, что мозг лучше распознаёт пол тогда, когда человек нам очень хорошо знаком. Если же мы смотрим на незнакомца, то чтобы определить, мужчина это или женщина, мозгу нужно больше усилий. 
Однако последовательность распознавания остаётся той же: сначала пол, потом конкретная личность, и лишь сильно позже мозг понимает, что ему знаком человек, на которого он смотрит. То есть знание того, что человек нам знаком, каким-то образом облегчает оценку пола, но – без обращения к памяти, без обращения к тем ассоциациям, которые у нас есть в связи с человеком перед нами. 
С другой стороны, зона распознавания лиц работает всё-таки не сама по себе, а в окружении других участков мозга, которые могут влиять скорость распознавания лиц – тем более, что сама эта зона появляется в мозге постепенно, по мере накопления жизненного опыта.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь

Крабы для медицины

Хитин из крабовых панцирей может стать источником для получения модифицированного хитозана, используемого в современных биомедицинских технологиях.

От 50 до 70% веса всех выловленных в мире крабов –  их панцири и другие побочные продукты. Как правило, такие отходы уничтожают, что требует дополнительных затрат, и лишь небольшая часть как-то перерабатывается. Между тем морские ракообразные, как и все членистоногие, содержат много хитина – из него состоит их экзоскелет. Если удалить из хитина химическим путем часть ацетильных групп, можно получить хитозан – биополимер с уникальным набором биологических и физико-химических характеристик. Хитозан не вызывает воспаления или иммунной реакции, он обладает противогрибковыми и антимикробными свойствами и со временем разлагается на нетоксичные компоненты.

Очевидно, что хитозан и его производные – прекрасный материал для биомедицины. На хитозановой основе можно создавать новые типы биосовместимых структур для восстановления поврежденных тканей, или, к примеру, носители для доставки лекарств. Мы уже как-то писали о том, как хитозан может пригодиться при трансплантации: пересаженные ткани, заполненные раствором хитозана, слабее отторгаются организмом и могут прослужить дольше.

В классическом способе получения хитозана из хитина сырьё обрабатывают агрессивными химическими реагентами, например, концентрированными растворами щелочей. Из-за их токсичности и из-за небольшого выхода хитозана подобные методы не подходят для промышленного использования. Исследователи из Первого Московского государственного медицинского университета (МГМУ) им. И. М. Сеченова вместе с коллегами из других научных центров России и Ирландии разработали более экологичный способ модификации хитина – механохимический синтез. На твердую реакционную смесь действуют реагентами, давлением и сдвиговыми напряжениями. При этом требуется меньше щелочи, чем при классическом химическом синтезе, а растворители, катализаторы и инициаторы химических процессов не используются. Полученный таким методом хитозан можно использовать в медицинских целях без дополнительной очистки от остатков токсичных веществ.

Этот же метод авторы работы использовали для синтеза на основе хитозана нескольких его производных с разным содержанием (от 5 до 50%) аллильных групп – производных пропилена. Под действием ультрафиолетового и лазерного излучения и при участии фотоинициатора аллильные группы формируют фотосшитые пленки или трехмерные структуры любой сложной геометрии.

Пленки из производных хитозана получали методом фотополимеризации: растворы полимеров в уксусной кислоте поместили на пластиковую подложку и облучили ультрафиолетом до затвердевания. А для формирования трехмерных структур исследователи использовали лазерную стереолитографию, одну из технологий 3D-печати. Это простой и быстрый метод создания трехмерных моделей, не требующий дорогостоящего оборудования.

В растворы производных хитозана вводили фотоинициатор, а затем запускали реакцию фотополимеризации с помощью лазера. Получившиеся структуры сначала замораживали, а затем сушили в вакуумной камере. Высушенные структуры стали пористыми. Затем их имплантировали крысам под кожу в межлопаточную область. Эксперимент на животных продолжался 90 суток, и за это время имплантаты не проявили признаков токсичности. Разрушение имплантированных структур началось только через 60 дней эксперимента. Результаты подробно описаны в статье в Marine Drugs.

По словам одного из авторов работы, младшего научного сотрудника отдела современных биоматериалов Института регенеративной медицины Сеченовского университета Ксении Бардаковой, новый метод позволяет делать трёхмерные структуры для заживления тканевых дефектов большой протяженности, от 1 см и больше. Кроме того, впервые удалось показать, что очаги деградации в них располагаются периодически, а не хаотично. Это подтверждает гипотезу о механизме биодеградации материалов на основе хитозана: сначала разрушаются менее упорядоченные аморфные области полимера. 
Зная подробности процесса, в дальнейшем можно будет создавать структуры, которые будут распадаться ровно за то время, которое нужно поврежденной ткани для восстановления целостности и функциональных особенностей.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.


По материалам пресс-службы Первого МГМУ им. И. М. Сеченова.

Источник: Наука и жизнь

От слепоты может избавить пересадка одного гена

Слепым глазам вернули зрение с помощью клеток сетчатки, которые раньше занимались совсем другими делами.

Одна из главных причин потери зрения – это дегенерация сетчатки. У неё есть разные формы, возникающие по разным причинам. Обычно говорят о нарушениях кровоснабжения: из-за недостатка кислорода и питательных веществ клетки сетчатки гибнут. С другой стороны, довольно много известно о генетических мутациях, которые чреваты тем же самым. По некоторым подсчётам, есть более 250 мутаций, вызывающих пигментный ретинит, при котором повреждаются фоторецепторы или пигментный эпителий сетчатки, причём более 90% мутаций вредят именно главным фоточувствительным клеткам – палочкам и колбочкам.

Почему бы в таком случае не исправить мутации, ведь методы генетической инженерии развиваются сейчас очень быстро, и уже приносят плоды в смысле применения в клинике? Но в случае с сетчаткой даже у одного и того же человека вредные мутации в фоторецепторах оказываются довольно разнообразными, а исправить их сразу все почти невозможно. Поэтому здесь нужен какой-то обходной манёвр. Обычно дегенерация сетчатки затрагивает только палочки и колбочки, то есть только один слой клеток сетчатки, а всего в ней клеточных слоёв целых десять. Может быть, коль скоро фоторецепторы пришли в негодность, можно сделать их из каких-то из других клеток?

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли именно так и поступили: они взяли ген фоточувствительного белка опсина из колбочек, чувствующих зелёно-жёлтые цвета, и с помощью транспортного вируса ввели его в ганглионарные клетки сетчатки. Вирусное внедрение генов – уже довольно старый метод, в нём используют особым образом модифицированные вирусы, которые не могут размножаться, но которые могут проникнуть в нужные клетки; то есть вирусы служат адресными контейнерами. Что до ганглионарных клеток сетчатки, то у них есть несколько десятков разновидностей. Они собирают нервные сигналы от фоторецепторного слоя, от палочек и колбочек; какие-то из ганглионарных клеток специализируются на движении, какие-то на цвете, и т. д. Некоторые из ганглионарных клеток даже сами чувствуют свет, но большинство всё-таки нет.

Однако после того, как в глаз ввели вирусные частицы с геном опсина, и после того, как ген попал в ганглионарные клетки, они стали чувствовать свет почти как колбочки. Прежде слепые мыши, у которых палочки и колбочки полностью не работали, смогли отличить узор из параллельных линий от узора из вертикальных линий, линии с широким интервалами от линий с узкими интервалами (обычный тест на остроту зрения), и движущиеся узоры от неподвижных. Причём все эти узоры можно было показывать не с помощью специальных ярких ламп, а на экране обычного электронного гаджета. Когда же мышам показывали какие-то предметы, они их изучали и запоминали совсем как их товарищи, никогда не терявшие зрения.

Удивительно здесь то, что опсин смог работать в клетках, которые, казалось бы, к такой работе совсем не приспособлены. В колбочках фоточувствительные белки работают в связке с особыми сигнальными белками, которые помогают превратить световой сигнал в электрохимический импульс; в колбочках специальные ферменты помогают опсины «перезаряжаться» после того, как те поймали фотон; в колбочках, наконец, есть система, которая позволяет регулировать чувствительность в зависимости от яркости освещения. С другой стороны, все гены, которые здесь нужны, есть и в ганглионарных клетках, и такие сигнальные белки в них тоже есть, так что опсин, видимо, встроился в «молекулярный коллектив» ганглионарных клеток, а «коллектив» этот, в свою очередь, сумел организовать работу вокруг белка-пришельца. Даже тысячекратная разница в освещении не смущала прозревших мышей – опсин и другие белки успешно адаптировались к свету разной интенсивности.

Авторы работы, опубликованной в Nature Communications, полагают, что в течение трёх лет получится протестировать такие генетические инъекции на людях с пигментным ретинитом.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)