Слишком много синаптических связей в мозжечке создает проблемы

Источник: adike / Shutterstock

Новое исследование о том, что слишком много синаптических связей в мозговом мозге мышей неврологов из Школы медицины Вашингтонского университета в Сент-Луисе подтверждает предыдущее исследование человека по поводу нарушений спектра аутизма (ASD) и мозжечка. Исследователи обнаружили, что мыши с аутизмом-ассоциированными генами, у которых было слишком много мозжечковых синапсов, также испытывали огромные трудности при изучении новых моторных навыков. ( Мозговой мозг является сестринским словом к мозгу и означает «относящийся или находящийся в мозжечке»).

Ученые Вашингтонского университета полагают, что наличие слишком синаптических мозжечковых соединений нарушает связь в мозжечке, которая может быть в корне аутизма. Эти результаты были опубликованы онлайн, 2 ноября, в журнале Nature Communications .

Для этого исследования исследователи сосредоточились на специфическом ассоциированном с аутизмом гене, названном «ubiquitin RNF8», который регулирует количество синаптических связей в мозжечке. Молодые мыши без гена RNF8 развивали слишком много синаптических связей в мозжечке. Со временем исследователи провели серию обучающих экспериментов на этих мышах по сравнению с другими мышами с геном RNF8.

Мозжечок отвечает за тонкую настройку контроля и баланса двигателя. Примечательно, что у молодых мышей, как с генами мозжечка RNF8, так и без них, не было никаких очевидных проблем с их регулярными движениями: когда они бежали вокруг своих клеток, все мыши, по-видимому, координировались.

• Анализ длинной серии сновидений: презентация конференции
• Нобелевский кивок к иррациональному
• Что считается сексом?
• Полиаморы на работе
• То, что мы получили, – это отказ от общения

Однако в удивительном открытии, когда исследователи специально тестировали способность всех мышей изучать новые двигательные навыки, такие как тест на блики или выполнение балансирующего действия на катящемся цилиндре – мыши без гена RNF8 и слишком много синаптические связи стали неудовлетворенными и провалились неудачно. С другой стороны, мыши с геном RNF8 и меньшим количеством синаптических связей в мозжечке быстро овладели этими новыми двигательными навыками.

В своем заявлении старший автор Азад Бонни, возглавляющий кафедру неврологии в Школе медицины Вашингтонского университета в Сент-Луисе и являющийся директором Bonni Lab, сказал:

«Это исследование повышает вероятность того, что в мозге пациентов с аутизмом может быть слишком много синапсов. Вы можете подумать, что наличие большего количества синапсов заставит мозг работать лучше, но это, похоже, не так. Увеличение числа синапсов создает недопонимание между нейронами развивающегося мозга, что коррелирует с нарушениями в обучении, хотя мы не знаем, как это сделать ».

• 7 способов небезопасности
• «Вам нужно простить!» И другие ложки, которые вас обидели
• Направляющий забор беспорядка: ни это, ни то, что
• Как можно предотвратить такие съемки, как Sandy Hook?
• Протест Бога

Хотя причинно-следственная связь между мозжечком и аутизмом остается загадочной, многие другие исследования в области человека и животных коррелируют с атипичной функциональной связностью и структурными аномалиями мозжечка с аутизмом.

Мозжечок (латынь для «маленького мозга») в красном.

Источник: База данных по естественным наукам / Wikimedia Commons

До недавнего времени большинство медицинских экспертов считали, что мозжечок связан только с тонкой настройкой моторных навыков, поддержанием баланса и мышечной памятью, необходимой для занятий такими вещами, как катание на велосипеде. Тем не менее, все больше доказательств того, что мозжечок может помочь точно подстроить наши мысли и эмоции так же, как он тонко настраивает наши двигательные движения, как утверждает Джереми Шмахманн из Гарвардской медицинской школы в своей гипотезе «Dysmetria of Thought».

Нейронный дарвинизм и обрезка синапсов являются ключом к нейропластичности

Во время раннего развития ребенка леса лежат внутри и между различными областями по всему мозгу, что включает в себя как полушарии мозжечка (латынь для «маленького мозга»), так и оба полушария головного мозга (латынь для «мозга»). Это создает структурную основу для будущих нейронных сетей, которые либо будут обрезаны через нейронный дарвинизм, либо укреплены посредством синаптического «огня и проволоки». В идеальном случае мозг сливает избыточные синаптические связи, чтобы уменьшить беспорядок и оптимизировать функцию мозга, что оптимизирует текучесть мысли и движения.

Общее предположение о том, что наличие большего количества синапсов стреляет всегда, означает, что лучшая функция мозга – это нейромит. На самом деле, как упоминалось ранее, слишком большое количество нейронных связей и синаптических образований препятствует двигательному обучению, тогда как снижение нейронной активности при освоении нового навыка коррелирует с более быстрым обучением.

Рисунок нейронов Пуркинье в мозжечке Сантьяго Рамон и Кахал около 1899 года.

Источник: Сантьяго Рамон-и-Кахал / Общественное достояние

В 2014 году в результате исследования из Медицинского центра Университета Чикаго выяснилось, что неисправность в процессе обрезки клеток Пуркинье в мозжечке коррелировала с уменьшенной способностью к моторному обучению у молодых мышей. Используя модель мыши с аутизмом, исследователи указали, что способность клеток Пуркинье снижать синаптическую связь значительно уменьшилась при аутичноподобных расстройствах. Клетки Пуркинье либо усиливают, либо снижают эффективность их синапсов. Ингибирование клеток Пуркинье является ключом к усвоению сложных тонко настроенных моторных навыков, таких как игра на музыкальном инструменте, подача теннисного мяча, наложение текста, не глядя на клавиатуру и т. Д.

Интересно, что гиперактивность клеток Пуркинье как у мышей, так и у человека связана с нарушением синаптической обрезки в мозжечке. Исследователи UChicago также пришли к выводу, что слишком синаптическая связь затрудняет способность мозжечка автоматически настраивать движения мышц, необходимые для жидкостного и скоординированного моторного обучения.

В своем заявлении старший автор исследования Кристиан Ханзель, профессор нейробиологии Чикагского университета и основатель лаборатории Hansel, сказал:

«Мы выявили синаптические аномалии, которые могут играть роль в моторных проблемах, обычно наблюдаемых у детей с аутизмом. Аутизм иногда описывается как интенсивный мировой синдром – слишком много, слишком сильные возбуждающие связи, которые приводят к усиленному сенсорному входу. Результаты нашего исследования могут пролить свет на это явление. Неэффективная синаптическая обрезка, по-видимому, является общим мотивом аутизма ».

В этой же линии, в исследовании 2015 года, когнитивные нейробиологи из Университета Сан-Диего (SDSU) обнаружили, что функциональная связь между мозжечком и моторной корой головного мозга была «чрезмерной» у детей и подростков с расстройствами аутистического спектра.

Пересоединение или несовместимость между конкретными областями мозжечка и коры головного мозга связано с нарушениями аутистического спектра у детей и подростков.

Источник: SDSU Marketing and Communications

Исследователи SDSU также обнаружили, что пересоединение между сенсомоторными областями мозжечка и головного мозга нарушает обучение и познание. Похоже, что нейронные линии связи у детей с ASD могут быть монополизированы сенсомоторными связями, прежде чем когнитивные функциональные возможности более высокого порядка могут интегрироваться с другими коммуникационными сетями по всему мозгу.

Это захватывающие времена для исследования мозжечка. Современные технологии начинают помогать нейробиологам расшифровывать таинственную роль, которую играет мозжечок в общей функции мозга, моторном обучении и познании. Тем не менее, требуется гораздо больше исследований, прежде чем мы действительно поймем, как синаптические мозжечковые соединения влияют на расстройства спектра аутизма и облегчают обучение. Пожалуйста, следите за обновлениями для более современных эмпирических исследований мозжечка.