Новое исследование Массачусетского технологического института показало, что болезнь Альцгеймера нарушает по крайней мере одну форму зрительной памяти, разрушая недавно идентифицированную цепь, которая соединяет центры обработки зрения в каждом полушарии мозга.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Neuron группой исследователей из Института обучения и памяти Пикауэра, основаны на экспериментах на мышах, но обеспечивают физиологическую и механистическую основу для предыдущих наблюдений за пациентами-людьми: степень снижения синхронности ритма мозга между соседними областями в каждом полушарии коррелирует с клинической тяжестью деменции.
«Мы демонстрируем, что существует функциональная схема, которая может объяснить это явление», — сказал ведущий автор Чиннаккаруппан Адайккан, бывший постдоктор Института Пикауэра, который сейчас является доцентом в Центре исследований мозга Индийского института науки (IISc) в Бангалоре. . «В каком-то смысле мы открыли фундаментальную биологию, о которой раньше не знали».
В частности, работа Адайккана идентифицировала нейроны, которые соединяют первичную зрительную кору (V1) каждого полушария, и показала, что, когда клетки разрушаются либо из-за генетических изменений, моделирующих болезнь Альцгеймера, либо из-за прямых лабораторных возмущений, синхронность ритма мозга снижается, и мыши значительно менее способны замечать появление нового узора на стене в их вольерах. Такое распознавание новизны, для которого требуется зрительная память о том, что было накануне, является способностью, обычно нарушаемой при болезни Альцгеймера.
«Это исследование демонстрирует распространение синхронности гамма-ритма по полушариям мозга посредством межполушарной связи», — сказал старший автор исследования Ли-Хуэй Цай, профессор Пиковера и директор Института Пиковера и Инициативы по старению мозга Массачусетского технологического института. «Это также демонстрирует, что нарушение этой цепи у мышей с болезнью Альцгеймера связано с определенным поведенческим дефицитом».
Межполушарные клетки
В ходе исследования Адайккан, Цай, Томас МакХью и их соавторы обнаружили и проследили нейроны V1, аксоны которых проходят через мозолистое тело, соединяющее полушария мозга, с клетками V1 на другой стороне мозга. Там они обнаружили, что межполушарные (КП) нейроны создают соединения или синапсы с клетками -мишенями , обеспечивая их «возбуждающей» стимуляцией для управления их активностью. Адайккан также обнаружил, что нейроны CH с гораздо большей вероятностью активируются задачей распознавания новизны, чем нейроны V1 в целом или нейроны в других областях, активно участвующих в памяти, таких как гиппокамп или префронтальная кора.
Заинтересовавшись тем, как это может отличаться при болезни Альцгеймера, команда изучила активность клеток на двух разных моделях мышей с болезнью Альцгеймера. Обнаружено, что активность клеток CH была значительно снижена на фоне заболевания. Неудивительно, что мыши с болезнью Альцгеймера гораздо хуже справлялись с задачами распознавания новизны.
Команда внимательно изучила клетки CH и обнаружила, что они собирают входящие данные от множества других клеток в их V1 и других областях своего полушария, которые обрабатывают визуальную информацию. Когда они сравнили входящие соединения здоровых нейронов CH с таковыми в клетках CH, пораженных болезнью Альцгеймера, они обнаружили, что клетки в болезненном состоянии имеют значительно меньшую инфраструктуру для размещения входящих соединений (измеряется с точки зрения шипов, принимающих синапсы, выступающих из лозы). дендриты, отходящие от тела клетки).
Учитывая наблюдения, коррелирующие со сниженной синхронностью мозгового ритма и производительностью памяти при болезни Альцгеймера, команда задалась вопросом, происходит ли это и у мышей. Чтобы выяснить это, они специально разработали электроды для одновременного измерения ритмической активности во всех слоях коры V1 каждого полушария. Они заметили, что межполушарная синхронность заметно увеличивалась между V1, когда мыши занимались распознаванием новизны, но синхронность как при высоких «гамма», так и при более низких «тета» частотных ритмах была значительно ниже у мышей с болезнью Альцгеймера, чем у здоровых мышей. .
Доказательства Адайккана на тот момент были сильными, но все еще только наводящими на мысль, что нейроны CH обеспечивают средства, с помощью которых области V1 на каждой стороне мозга могут координироваться, чтобы обеспечить распознавание новизны, и что эта способность была подорвана деградацией клеток CH болезнью Альцгеймера. ' подключение. Чтобы более точно определить, играла ли схема CH такую причинно-следственную роль, команда напрямую вмешалась, чтобы нарушить их, проверяя, какой эффект оказали целевые возмущения.
Они обнаружили, что химическое ингибирование клеток CH нарушило синхронность ритма между V1, отражая меры, сделанные на модели мышей с болезнью Альцгеймера. Более того, нарушение активности CH подорвало способность различать новизну. Чтобы дополнительно проверить, имеет ли конкретное значение межполушарная природа клеток, они спроектировали клетки CH так, чтобы ими можно было управлять с помощью вспышек света (технология, называемая «оптогенетика»). Когда они пролили свет на связи, которые они создали в другом полушарии, чтобы подавить их, они обнаружили, что это снова ставит под угрозу способность визуального различения.
В совокупности результаты исследования показывают, что клетки CH в V1 соединяются с нейронами в соответствующей области противоположного полушария, чтобы синхронизировать нейронную активность, необходимую для правильного распознавания новизны, но болезнь Альцгеймера повреждает их способность выполнять эту работу.
Адайккан сказал, что ему любопытно посмотреть на другие потенциальные межполушарные связи и на то, как они могут быть затронуты при болезни Альцгеймера. Он сказал, что также хочет изучить, что происходит с синхронией на других частотах ритма.
