Если 95 процентов ваших соседей болтливы и общительны, вы, вероятно, знаете о них больше, чем 5 процентов затворников и застенчивых людей. То же самое и с нейробиологами, изучающими полосатое тело, область мозга, связанную с контролем действий и обучением: они знают гораздо больше о 95 процентах нейронов, которые общаются с другими внешними областями, чем о 5 процентах, которые общаются только внутри полосатого тела.
Ученые Института Солка составили карту, откуда поступает информация для 5 процентов, и в процессе выяснили связь двух типов нейронов с психическими и сенсорными / двигательными расстройствами, соответственно. Различные пути общения этих двух типов "интернейроны" может предложить новые лекарственные препараты для лечения таких разнообразных расстройств, как болезнь Паркинсона, ОКР, депрессия и аутизм. Работа появилась в журнале eLife 1 мая 2018 г.
"Сложность изучения интернейронов стриатума в том, что их так мало," говорит Синь Цзинь, доцент лаборатории молекулярной нейробиологии Солка и старший автор новой статьи. "Было действительно сложно нацелить всего лишь на дюжину клеток мозга и узнать что-либо о причине и следствии."
Два изученных типа интернейронов, ChAT и PV, составляют менее 2 процентов от общего числа нейронов в полосатом теле. То, что мало известно об их функции в полосатом теле, было получено в результате посмертных исследований ткани головного мозга человека. По сравнению со здоровой мозговой тканью, образцы от пациентов с депрессией и шизофренией показывают снижение интернейронов ChAT, в то время как образцы от людей с двигательными расстройствами, такими как болезнь Хантингтона, синдром Туретта и дистония, показывают снижение интернейронов ЛВ.
Но с таким небольшим количеством каждого типа в мозге традиционные методы, такие как мониторинг активности клеток мозга, не могли дать достаточно данных, чтобы подтвердить точную функцию этих интернейронов. Лаборатория Джина приняла более глобальный подход. Они использовали метод, изобретенный коллегой-ученым из Солка Эдвардом Каллэуэем, чтобы использовать модифицированный вирус бешенства, помеченный флуоресцентным маркером, чтобы отслеживать, какие клетки мозга взаимодействуют друг с другом у мышей.
При этом команда Солка обнаружила несколько интересных вещей: во-первых, коммуникативные сигналы к нейронам ChAT исходят в основном из областей мозга, ответственных за когнитивные функции; и, во-вторых, вход в нейроны ЛВ поступал в основном из сенсомоторных областей. Вместе они подкрепили клинические наблюдения за пациентами-людьми и подразумевали их различную роль в когнитивной и сенсомоторной функции. Кроме того, команда обнаружила новую связь, которую никто раньше не наблюдал: кластер нейронов, называемый ретикулярным ядром таламуса (TRN), который проецируется непосредственно на полосатое тело. Это было удивительно, потому что считалось, что TRN ограничивается в своих проекциях областью мозга, в честь которой он назван, таламусом.
Поскольку результат TRN был настолько неожиданным, Джин и первый автор Джейсон Клуг затем попытались проверить свой первоначальный результат бешенства двумя независимыми методами: оптогенетикой, которая использует свет для стимуляции нейронов, и электрофизиологией, которая регистрирует электрическую активность. Вызывая срабатывание нейронов в TRN, исследователи регистрировали, реагировали ли интернейроны PV в полосатом теле. Нейроны сделали, что подтвердило доказательства связи TRN-полосатого тела.
"Комбинация методов имела решающее значение для этого открытия и позволила нам изучить неоткрытые или недооцененные входы в нейроны полосатого тела. Мы использовали отслеживание бешенства для проверки анатомических входов и использовали электрофизиологию и оптогенетику для проверки функциональной связи," – говорит Клуг, научный сотрудник Salk.
Добавляет Джин, "Долгое время считалось, что TRN функционирует как «центр внимания», первоначально предложенный Фрэнсисом Криком в 1984 году. Наше открытие предлагает ранее неизвестный механизм координации внимания и действий через TRN-полосатую связь и имеет важные последствия для функций мозга как для здоровья, так и для болезней."
Лаборатория будет продолжать работу по определению функций интернейронов ChAT и PV в контроле поведения и изучению их как потенциальных целей для лечения психиатрических и неврологических заболеваний.