«Цель нашего мозга – построить модель мира и на основе этой модели уметь предугадывать его изменения. Мы видим, слышим, читаем информацию – все это подготавливает нас к адекватной реакции на изменения внешней среды, и основа этих функций закладывается в процессе его развития»

В объединенной лаборатории проводятся исследования развивающегося мозга на разных уровнях организации нервной системы, начиная от одиночных молекул, вовлеченных в контроль активности нейронов, до нейрональных сетей и соматосенсорной и зрительной коры мозга.

Основными молекулами, контролирующими активность нейронов, являются белковые рецепторы, активируемые нейромедиаторами (нейромедиаторы – это биологически активные химические вещества, посредством которых осуществляется передача электрического импульса между нейронами, ‑ Прим. авт.), причем в коре головного мозга основные процессы передачи информации контролируют всего два  нейромедиатора - за возбуждение отвечает глутамат (забавно, что именно эта аминокислота также используется в кулинарии в качестве усилителя вкуса), а за торможение - гамма-аминомасляная кислота.  

Примерно 80% нейронов коры головного мозга возбуждающие, их нейромедиатор - глутамат, а остальные 20% нейронов - тормозные, использующие гамма-аминомасляную кислоту. Существует также множество других нейромедиаторов, нейромодуляторов и гормонов, которые влияют на активность нейронов, но они не вовлечены непосредственно в передачу каких-либо сведений, а, скорее, контролируют общий уровень активности. Например, норадреналин и ацетилхолин необходимы для нашего пробуждения, перехода из состояния сна в состояние бодрствования, а также для того, чтобы мы могли концентрировать внимание и запоминать информацию.

Рецепторы и функции, опосредованные нейромедиаторами, очень сильно меняются в процессе развития, поэтому одно из основных направлений нашей деятельности - исследование процессов развития возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Существует парадоксальное явление, над которым мы усиленно работаем в последнее время. Удивительно, но на нейроны новорожденных животных оказывает возбуждающее действие нейромедиатор торможения (гамма-аминомасляная кислота). Кроме того, многие тормозные нейроны развиваются и включаются в работу нейрональных сетей  сравнительно поздно, поэтому на ранних этапах мозг функционирует без торможения. Вероятно, это является одним из объяснений того, почему у детей в их поведении часто «не хватает тормозов» J.

Мы также исследуем, каким образом активность в развивающемся мозге участвует в создании нейрональных сетей. Как известно, мозг состоит из около 1012 нейронов, связанных друг с другом 1015 синаптическими контактами.  Основная задача нейробиологии развития – понять, каким образом эта огромная нейрональная сеть формируется. Примерный план связей между нейронами закодирован в генах, а прорастание отростков нейронов в определенные участки внутри мозга обеспечивают множество молекулярных механизмов, таким образом происходит установление связей с мышцами и органами чувств. Интересно, что изначально они создаются в избыточном количестве, и важным механизмом для селекции «правильных» является активность в развивающихся сетях.

Согласно правилу Хебба, сформулировавшему синаптические принципы памяти и обучения, нейроны, активирующиеся одновременно, усиливают и закрепляют синапсы друг с другом, а те связи, которые активируются асинхронно, ослабевают и устраняются. Считается, что это правило работает и в процессе развития, когда совершается отбор «правильных» связей.

Объединенная лаборатория занимается изучением этих процессов, происходящих в коре головного мозга новорожденных. Помимо этого мы проводим достаточно обширные исследования по патологиям нервной системы, в частности, анализируем процессы, связанные с эпилепсией, которые часто возникают у детей, ишемического повреждения мозга при недостатке кровоснабжения, а также изучаем влияние на активность мозга новрожденных потенциально опасных веществ.