Новое исследование на животных моделях из Исследовательского института Скриппса (TSRI) предполагает, что стимуляция из внешнего мира направляет раннее развитие этих нейронов, так что тормозящие нейроны разделяются на два разных типа нейронов, каждый из которых выполняет свою работу в мозге. Это добавляет еще один уровень сложности и регулирования этой схеме.Если эти результаты верны для людей, они могут дать представление о том, как развиваются мозговые цепи и как будущая терапия могла бы лучше лечить неврологические расстройства, такие как аутизм, шизофрения и депрессия.«Функция тормозных нейронов в развивающихся цепях определяется на более ранних стадиях развития, чем считалось ранее, и определяется, по крайней мере частично, реакциями нейронов на сенсорный ввод», — сказал старший автор исследования Холлис Клайн, председатель Отделение молекулярной и клеточной нейробиологии и директор Центра нейробиологии Дорриса при ЦНИИ.
Исследование было опубликовано 26 мая 2016 года в журнале Neuron.Окно в раннее развитиеВ исследовании Клайн и ее коллеги использовали метод, называемый покадровой визуализацией in vivo, который позволил им отслеживать развитие отдельных нейронов с течением времени.
Они выбрали для эксперимента головастиков, которые, помимо того, что они достаточно прозрачны, чтобы видеть нейроны в действии, соответствуют стадиям развития мозга, которые происходят до рождения млекопитающего.В эксперименте головастики свободно плавали под светящейся панелью, имитирующей то, что они увидели бы, если бы плыли в ручье. Исследователи обнаружили, что некоторые тормозящие нейроны усиливают свои связи и склонность к стрельбе в ответ на свет, как и возбуждающие нейроны.
Вторая популяция тормозящих нейронов уменьшила свои связи и активность в ответ на свет.Команда искала биохимические сигнатуры и другие маркеры, которые различают возбуждающие и тормозящие нейроны, но не обнаружила никаких известных маркеров на этой ранней стадии, что привело их к выводу, что визуальная стимуляция может запускать экспрессию определенных генов, которые делают типы нейронов разными.Другими словами, некоторые нейроны могут не быть заранее запрограммированы на выполнение определенной функции — вместо этого их опыт может определять, как они развиваются.
«Большим сюрпризом стало то, что нейроны, которые выглядят очень похожими, имеют противоположные реакции пластичности на опыт», — сказал старший научный сотрудник TSRI Хай-янь Хэ, первый автор исследования.«Это был огромный шок, что опыт сыграл такую важную роль в развитии мозга на столь раннем этапе», — добавил Клайн.Ключи к лучшему дизайну лекарств
В здоровом мозге тормозные нейроны работают в цепи с возбуждающими нейронами, чтобы гарантировать, что возбуждающие нейроны не срабатывают слишком много или слишком мало. Как могли эти два противоположных типа тормозных нейронов работать вместе в цепи, чтобы управлять возбуждающими нейронами? Исследователи предполагают, что один тип нейронов-ингибиторов подавляет другие ингибиторы, добавляя второй уровень контроля к этой сложной системе и поддерживая общую схему в равновесии.По его словам, при разработке новых методов лечения неврологических расстройств важно учитывать оба подтипа тормозных нейронов.
Например, если ученые разработают лечение для усиления реакции всех тормозящих нейронов, они могут непреднамеренно вывести систему из равновесия.«Если вы нацеливаете терапию на все население и игнорируете разнообразие внутри этого населения, то вы на самом деле не добьетесь желаемого результата», — сказал он.
Исследователи отметили, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы точно понять, какая часть идентичности нейрона определяется опытом и что определяет два типа тормозных нейронов.