Исследователи обнаружили, что мыши, у которых отсутствует мозговой белок кальциневрин, имеют гиперактивные колебания мозговых волн в гиппокампе во время отдыха и не могут мысленно воспроизвести маршрут, который они только что пробежали, как это делают нормальные мыши.Мутации в гене кальциневрина ранее были обнаружены у некоторых больных шизофренией. Десять лет назад исследователи Массачусетского технологического института во главе с Сусуму Тонегавой, профессором биологии и нейробиологии Пикауэра, создали мышей, лишенных гена кальциневрина в переднем мозге; Эти мыши демонстрировали несколько поведенческих симптомов шизофрении, включая нарушение кратковременной памяти, дефицит внимания и ненормальное социальное поведение.
В новом исследовании, опубликованном в выпуске журнала Neuron от 16 октября, Тонегава и его коллеги из Центра генетики нейронных цепей RIKEN-MIT Института обучения и памяти Пикауэра при Массачусетском технологическом институте зарегистрировали электрическую активность отдельных нейронов в гиппокампе. эти нокаутирующие мыши, когда они бежали по дорожке.Предыдущие исследования показали, что у нормальных мышей «клетки места» в гиппокампе, которые связаны с определенными местами на трассе, срабатывают последовательно, когда мыши делают перерывы в беге по трассе.
Это мысленное воспроизведение также происходит, когда мыши спят. Эти повторы происходят в связи с очень высокочастотными колебаниями мозговых волн, известными как пульсации.
У мышей, лишенных кальциневрина, исследователи обнаружили, что активность мозга была нормальной, когда мыши проходили курс, но когда они делали паузу, их пульсации были намного сильнее и чаще. Кроме того, срабатывание клеток места было ненормально увеличено и не в определенном порядке, что указывало на то, что мыши не воспроизводили маршрут, по которому они только что пробежали.
По словам исследователей, эта закономерность помогает объяснить некоторые симптомы, наблюдаемые при шизофрении.«Мы думаем, что в этой мышиной модели у нас может быть какое-то указание на то, что происходит неорганизованный процесс мышления», — говорит Чонхёп Сух, научный сотрудник Института Пикауэра и один из ведущих авторов статьи. «Во время событий пульсации у нормальных мышей мы знаем, что существует последовательное событие воспроизведения.
Кажется, что у этой мыши-мутанта нет такого воспроизведения предыдущего опыта».Другой ведущий автор статьи — Дэвид Фостер, бывший постдок Массачусетского технологического института. Другими авторами являются Гейдар Давуди и Мэтью Уилсон, профессор нейробиологии Шермана Фэирчайлда в Массачусетском технологическом институте и член Института Пикауэра.
Исследователи предполагают, что у нормальных мышей роль кальциневрина заключается в подавлении связей между нейронами, известными как синапсы, в гиппокампе. У мышей без кальциневрина явление, известное как долговременная потенциация (ДП), становится более распространенным, делая синапсы сильнее.
Также подавляется противоположный эффект, известный как долговременная депрессия (LTD).«Похоже, что этот аномально высокий LTP влияет на активность этих клеток особенно во время периодов покоя или периодов после исследования. Это очень интересная особенность», — говорит Тонегава. «Мы не знаем, почему это так специфично».Исследователи полагают, что аномальная гиперактивность, обнаруженная в гиппокампе, может представлять собой нарушение «сети режима по умолчанию» мозга — сети связи, которая соединяет гиппокамп, префронтальную кору (где происходит большая часть мысли и планирования) и другие части коры. .Эта сеть более активна, когда человек (или мышь) отдыхает между целевыми задачами.
Когда мозг сосредотачивается на конкретной цели или деятельности, сеть режима по умолчанию отключается. Однако эта сеть гиперактивна у больных шизофренией до и во время выполнения задач, требующих от мозга концентрации внимания, и пациенты плохо справляются с этими задачами.
По словам Тонегава, дальнейшие исследования этих мышей могут помочь раскрыть больше информации о роли сети режима по умолчанию при шизофрении.