Неподготовленному наблюдателю гроза, происходящая в нейронной сети мозга, кажется хаотическим шквалом активности. Но, как понимают нейробиологи, миллионы нейронов на самом деле вовлечены в своего рода четко поставленный танец, танго возбуждающих и тормозящих нейронов. Каким образом достигается этот точный баланс, который делает возможным нормальное функционирование во время развития?? И как все идет не так при таких заболеваниях, как эпилепсия, когда деятельность мозга выходит из-под контроля?
Группа исследователей Гарвардского института стволовых клеток (HSCI) из отдела стволовых клеток и регенеративной биологии (SCRB) во главе с доцентом Паолой сосредоточила внимание на коре головного мозга, части мозга, контролирующей мышление, сенсорное восприятие и двигательные функции. Арлотта обнаружила, что возбуждающие нейроны контролируют расположение тормозных нейронов в процессе, который критически важен для создания сбалансированной схемы и правильного коркового ответа.
Профессор Такао Хенш, соавтор исследования Гарвардского центра мозговых наук, Департамент молекулярных исследований & Клеточная биология (MCB) ранее показала, что созревание этого баланса цепи запускает критические периоды развития мозга. Некоторые тормозящие клетки особенно уязвимы для генетических факторов или факторов окружающей среды в раннем возрасте, что способствует развитию психических заболеваний, таких как шизофрения или расстройства аутистического спектра.
Результаты были опубликованы сегодня (фев. 23) в журнале Neuron. Работа показывает, что «в коре головного мозга различные типы возбуждающих нейронов взаимодействуют специфически только с определенными типами тормозных интернейронов, направляя их на правильную интеграцию в функциональные схемы», сказала Симона Лодато, аспирантка лаборатории Арлотты и первый автор исследования.
По словам исследователей, в нормальной коре головного мозга тормозные интернейроны не позволяют нейронам возбуждающих проекций постоянно разряжаться. Каждый подтип возбуждающего нейрона контролируется своими собственными интернейронами, и два типа клеток расположены вместе. Однако задачу усложняет тот факт, что нейроны возбуждающей проекции и тормозящие интернейроны рождаются в разных областях мозга и должны мигрировать на большие расстояния, чтобы, наконец, собраться вместе в коре головного мозга.
Устраняя фактор транскрипции Fezf2, который контролирует правильное развитие определенной популяции возбуждающих нейронов коры, исследователи смогли изучить развитие нейронов в отсутствие одного класса возбуждающих нейронов. Затем они заметили, что генерация тормозных интернейронов не пострадала, но им не хватало указаний о том, как их сортировать в коре, и было обнаружено, что они поселились в неправильных местах, не способных способствовать правильной электрической активности мозга. Затем Хенш и его коллеги функционально подтвердили аномальное распространение активности, что может объяснить склонность к припадкам, которую Арлотта наблюдала у этих мышей.
Интересно, что в дополнительных экспериментах, когда проекционные нейроны генерировались вне коры, они могли привлекать интернейроны нужного типа и строить отдельную микросеть. Два результата демонстрируют степень, в которой нейроны возбуждающей проекции способствуют развитию нейронных цепей в этой части мозга. Они также пролили свет на существование кода развития ?? который соответствует нейронам правильного типа, чтобы гарантировать нормальную активность, ученые обнаружили.
Арлотта сказала, что ее команда теперь планирует проверить универсальность новых результатов, исследуя, организуют ли возбуждающие нейроны локальную тормозную сеть в других частях нервной системы. Кроме того, исследователи надеются определить фактические механизмы, позволяющие проекционным нейронам управлять соответствующими интернейронами. Учитывая, что межклеточные взаимодействия обычно зависят от экспрессии комплементарных наборов молекул участвующими клетками, ученые сказали, что возможно, что подтипы интернейронов могут экспрессировать разные поверхностные молекулы, что позволяет им по-разному реагировать на проекционные нейроны.
Результаты этого исследования проливают важный свет на сложности развивающегося мозга и могут помочь будущим исследователям лучше понять обстоятельства, которые приводят к ошибкам в построении и функционировании мозговых схем. Арлотта сказала, что надеется, что понимание событий развития, которые регулируют взаимодействия между проекционными нейронами и интернейронами в коре головного мозга, даст дальнейшее понимание основных процессов развития, которые устанавливают локальные функциональные схемы, и может вдохновить инструменты, с помощью которых можно модулировать эти схемы при эпилепсии. и психические заболевания.??