Люди с аутизмом часто испытывают повышенную чувствительность к шуму и другим сенсорным воздействиям. В настоящее время нейробиологи из Массачусетского технологического института идентифицировали две мозговые цепи, которые помогают отстранять отвлекающую сенсорную информацию и обратить вспять гиперчувствительность к шуму у мышей путем повышения активности этих цепей.
Одна из схем, обнаруженных исследователями, связана с фильтрацией шума, а другая осуществляет управление сверху вниз, позволяя мозгу переключать свое внимание между различными сенсорными входами.
Исследователи показали, что восстановление функции обеих цепей работает намного лучше, чем лечение одной цепи. Это демонстрирует преимущества картирования и нацеливания на множественные цепи, связанные с неврологическими расстройствами, говорит Майкл Халасса ( Michael Halassa ), доцент кафедры мозга и когнитивных наук и член Института исследований мозга Макговерна при Массачусетском технологическом институте.
«Мы думаем, что эта работа может изменить представление о неврологических и психиатрических расстройствах, мы видим их как комбинацию дефицита контура», – говорит Халасса, старший автор исследования. «Мы должны подходить к нарушениям головного мозга, так, чтобы в меру своих возможностей определить, какая комбинация дефицитов существует, а затем перейти к этой комбинации».
Постдок MIT Михо Накаджима ( Miho Nakajima ) и научный сотрудник Л. Ян Шмитт являются ведущими авторами статьи, которая вышла в журнале Neuron 21 октября 2019г.
Повышенная чувствительность
Многие варианты генов были связаны с аутизмом, но у большинства пациентов таких вариантов очень мало. Одним из этих генов является ptchd1, который мутирует примерно у 1% людей с аутизмом. В исследовании 2016 года Халасса и Фенг обнаружили, что во время развития этот ген в основном экспрессируется в части таламуса, называемой ретикулярным ядром таламуса (РЯТ).
Это исследование показало, что нейроны ретикулярного ядра таламуса помогают мозгу приспосабливаться к изменениям сенсорного ввода, таким как уровень шума или яркости. У мышей с отсутствием ptchd1 нейроны РЯТ срабатывают слишком быстро и не могут регулироваться при изменении уровня шума. Это мешает РЯТ выполнять свою обычную функцию сенсорной фильтрации, говорит Халасса.
«Нейроны, которые используются для отфильтровывания шума или регулировки общего уровня активности, не адаптируются. Без возможности точной настройки общего уровня активности вы можете легко перегружаться», – говорит он.
В исследовании 2016 года исследователи также обнаружили, что они могут восстановить способность фильтра мышей к шуму, обработав их препаратом EBIO, который активирует калиевые каналы нейронов. По словам Халассы, у EBIO есть вредные побочные эффекты со стороны сердца, поэтому, вероятно, его нельзя будет применять у людей, но другие лекарства, которые повышают активность РЯТ, могут оказывать подобное положительное влияние на гиперчувствительность.
В новой статье Neuron исследователи более глубоко изучили эффекты ptchd1, которые также выражены в префронтальной коре. Чтобы исследовать, может ли префронтальная кора головного мозга играть роль в гиперчувствительности животных, исследователи использовали задачу, в которой мыши должны различать три разных тона, представленных с различным количеством фонового шума.
Обычные мыши могут научиться использовать сигнал, который предупреждает их, когда уровень шума будет выше, улучшая их общую производительность при выполнении задачи. По словам Халассы, подобное явление наблюдается у людей, которые могут лучше приспособиться к более шумной обстановке, когда у них есть предварительное предупреждение. Однако мыши с мутацией ptchd1 не могли использовать эти сигналы для улучшения своих показателей, даже когда их дефицит РЯТ лечили с помощью EBIO.
Это говорит о том, что другая способность мозга также должна играть роль в способности животных отфильтровывать отвлекающий шум. Чтобы проверить возможность того, что эта цепь находится в префронтальной коре, исследователи записали нейроны в этой области, в то время как мыши, у которых отсутствовал ptch1, выполнили задачу. Они обнаружили, что активность нейронов у этих мышей уменьшалась гораздо быстрее, чем в префронтальной коре нормальных мышей. Это побудило исследователей протестировать другое лекарство, известное как модафинил ( modafinil ), которое одобрено FDA для лечения нарколепсии и иногда назначается для улучшения памяти и внимания.
Исследователи обнаружили, что, когда они лечили мышей, у которых отсутствовал ptchd1, как модафинилом + EBIO, их гиперчувствительность исчезала, и их выполнение задачи было таким же, как у нормальных мышей.
Это успешное изменение симптомов говорит о том, что мыши, у которых отсутствует ptchd1, испытывают комбинацию дефицита цепи, каждая из которых по-разному способствует гиперчувствительности к шуму. Одна схема фильтрует шум, а другая помогает контролировать фильтрацию шума на основе внешних сигналов. Мутации Ptch1 влияют на обе цепи по-разному, и их можно и нужно лечить разными препаратами.
По словам Халассы, на обе эти цепи могут влиять и другие генетические мутации, связанные с аутизмом и другими неврологическими расстройствами. По его словам, нацеливание на эти цепи, а не на конкретные генетические мутации, может предложить более эффективный способ лечения гиперчувствительности.
«Эти схемы важны для сенсорной информации, когнитивных функций, рабочей памяти», – говорит он. В целом, работа подчеркивает важность выявления крупномасштабных архитектур функциональных схем и их использования в качестве точек доступа для коррекции поведенческих заболеваний.
Теперь он планирует изучить нарушения на уровне цепи, которые возникают при шизофрении. Это расстройство влияет на цепи, связанные с когнитивными процессами, такими как умозаключение – способность делать выводы из доступной информации.
Источник: Miho Nakajima et al. Combinatorial Targeting of Distributed Forebrain Networks Reverses Noise Hypersensitivity in a Model of Autism Spectrum Disorder, Neuron (2019). DOI: 10.1016/j.neuron.2019.09.040
