Новое исследование Университета Мэриленда предполагает, что эта перегрузка связей начинается на раннем этапе развития млекопитающих, когда ключевые нейроны в области мозга, известной как кора головного мозга, начинают формировать свои первые цепи. Определив, где и когда нервные дефекты, связанные с аутизмом, впервые появляются у мышей, результаты исследования могут привести к более глубокому пониманию аутизма у людей, включая возможные стратегии раннего вмешательства.
Исследователи излагают свои выводы в исследовательской статье, опубликованной 31 января 2017 года в журнале Cell Reports.«Наша работа предполагает, что нейронная патология аутизма проявляется в самых ранних корковых цепях, образованных клеточным типом, называемым субпластинчатыми нейронами», — сказал профессор биологии UMD и старший автор исследования Патрик Канольд. «Никто раньше не рассматривал разработку схем в контексте аутизма так рано, с таким уровнем детализации. Это действительно новое открытие и потенциально представляет новую парадигму для исследования аутизма».
Субпластинчатые нейроны образуют первые связи в развивающейся коре головного мозга — внешней части мозга млекопитающих, которая контролирует восприятие, память и, у людей, высшие функции, такие как язык и абстрактное мышление. По мере развития мозга связанные между собой субпластинчатые нейроны создают сеть каркасов, которые, как считается, поддерживают другие нейроны, которые растут позже в процессе развития.«Кора головного мозга — очень важная область в мозге взрослого человека, которая претерпевает сложный, многоэтапный процесс развития», — сказал Дэниел Нагоде, бывший научный сотрудник Университета Мэриленд и ведущий автор исследования. «Поскольку наши результаты подразумевают самые ранние стадии формирования коры головного мозга в модели мышей, они предполагают, что патологические изменения, ведущие к аутизму, могут начаться еще до рождения у людей».
Чтобы изучить взаимосвязь между аутизмом и развитием субпластинчатых нейронов у мышей, Канольд, Нагод и их сотрудники начали с хорошо зарекомендовавшей себя мышиной модели аутизма. Модель включает дозирование эмбрионов мышей с вальпроевой кислотой (VPA) на 12 день их 20-дневного периода беременности путем инъекции препарата мыши-матери.
VPA имеет известную связь с аутизмом у людей, а также вызывает у мышей когнитивные и поведенческие аномалии, похожие на аутизм.
Например, нормальные новорожденные детеныши мыши будут издавать частые высокие звуки, когда они отделены от своих однопометников, но щенки, получавшие VPA, этого не делают.Исследователи использовали методику, называемую фотостимуляцией с лазерным сканированием, чтобы отобразить связи между отдельными нейронными клетками субпластинки в мозге детенышей мыши. В течение первой недели после рождения у мышей, которым вводили VPA, были обнаружены участки «гиперсвязанных» субпластинчатых нейронов.
Напротив, у контрольных детенышей мышей, которым вводили простой физиологический раствор, наблюдались нормальные связи во всей корковой ткани.Через десять дней после рождения участки гиперподключенных нейронов субпластинки стали более широко распространенными и однородными у детенышей, получавших дозу VPA, по сравнению с контрольными детенышами.
Поскольку субпластинчатые нейроны помогают заложить основу для развития коры головного мозга всех млекопитающих, скопление гиперпластинчатых нейронов в развивающейся коре может привести к постоянным гиперсоединениям.«Субпластинчатые нейроны образуют важные структуры развития. Если их раннее развитие нарушено, дальнейшее развитие коры также нарушается», — объяснил Канольд. «В развивающемся человеческом зародыше эта стадия является критическим проходом, когда нейронные цепи субпластинки являются наиболее многочисленными».
По словам Канольда, если та же самая динамика проявляется в человеческом мозге, гиперсвязи в развивающейся коре головного мозга могут привести к нейронным патологиям, наблюдаемым при человеческом аутизме. У мышей, как и у людей, критическое окно времени, когда развиваются субпластинчатые нейроны, очень короткое.
«Время появления эффектов очень важно. Гиперсвязность у детенышей VPA возникает только на небольших участках через несколько дней после рождения», — сказал Нагоде. «Но через 10 дней гиперподключение становится гораздо более распространенным».У мышей развитие субпластинчатых нейронов происходит в основном после рождения. В конце концов, нейроны субпластинки отмирают и исчезают, их работа сделана, и их место занимают другие нейронные цепи.
У людей, однако, нейронные связи первой субпластинки образуются во втором триместре. К тому времени, когда люди родились, большинство их субпластинчатых нейронов уже исчезло.«Наши результаты показывают, что нам, возможно, придется вмешаться довольно рано, чтобы решить проблему аутизма», — сказал Канольд. «Мозг плода — это не просто маленький мозг взрослого человека, и эти субпластинчатые нейроны являются основным отличием.
На самом деле могут быть и другие нарушения развития, с которыми мы можем справиться, используя эту информацию».