Наконец-то раскрыты два секрета одной из самых загадочных областей мозга. В паре новых исследований ученые из Института Гладстона обнаружили особую нервную цепь, которая контролирует ходьбу, и обнаружили, что вход в эту цепь нарушается при болезни Паркинсона.
Ходьба становится серьезным испытанием для людей, страдающих болезнью Паркинсона. Болезнь Паркинсона вызывается истощением дофамина – важного нейрохимического вещества – в базальных ганглиях (BG), области мозга, участвующей в основных поведениях, таких как движение, обучение, вознаграждение и мотивация. При болезни Паркинсона возникает дисбаланс между двумя путями в BG: прямым или "идти" путь и косвенный или "останавливаться" путь. Обычно эти пути работают вместе для управления движением, но при болезни Паркинсона путь остановки пересиливает путь движения, что затрудняет начало движения. Как возник дисбаланс между этими двумя путями, оставалось загадкой – до сих пор.
Исправление дисбаланса в мозге
Опубликованные в Neuron, ученые во главе с младшим исследователем Гладстона Анатолем Крейцером, доктором философии, обнаружили, что истощение дофамина вызывает недопонимание между BG и другой областью, называемой таламусом, областью, которая, как считается, передает сенсорную информацию в мозг. Это недопонимание приводит к потере входных данных для пути движения от таламуса, что, следовательно, нарушает движение. Блокирование связи между двумя регионами устранило дисбаланс между путями остановки и движения и восстановило нормальное поведение в мышиной модели болезни Паркинсона.
"Это исследование предоставляет убедительные доказательства механизма, с помощью которого стоп-путь преодолевает путь go при болезни Паркинсона," говорит первый автор Филип Паркер, доктор философии, бывший аспирант в Dr. Лаборатория Крейцера в Институтах Гладстона и Калифорнийском университете в Сан-Франциско (UCSF). "Наши результаты указывают на причастность таламуса к развитию болезни – области мозга, которой в исследованиях Паркинсона уделялось относительно мало внимания."
"Несколько исследований были нацелены на таламус с помощью глубокой стимуляции мозга для лечения болезни Паркинсона, но роль этого региона в заболевании не была точно установлена," добавляет доктор. Крейцер, который также является адъюнкт-профессором физиологии и неврологии в UCSF. "Наши результаты, наконец, дают четкую картину того, как таламус может нарушать баланс нервных цепей и подавлять движения в этом состоянии."
Открытие того, как мозг контролирует ходьбу
Во втором исследовании, опубликованном в Cell, ученые обнаружили, что пути движения и остановки от BG управляют движением, регулируя группу нервных клеток в стволе мозга, которые соединяют мозг со спинным мозгом. Исследователи обнаружили, что путь go выборочно активирует тип нейрона в стволе мозга, который высвобождает нейрохимический глутамат, и эти нейроны отвечают за запуск движения.
Ученые использовали оптогенетику – инновационный исследовательский инструмент, который использует свет для активации или подавления избранных клеток в головном мозге – для стимуляции пути движения или остановки у мышей, которые бегали на крошечной беговой дорожке, при одновременной регистрации нейронной активности в стволе мозга. Они обнаружили, что путь go избирательно активирует глутаматные нейроны, заставляя мышей двигаться, тогда как путь остановки ингибирует эти нейроны и заставляет мышей остановиться.
"Это первый раз, когда мы смогли продемонстрировать, как пути движения и остановки регулируют передвижение," говорит Том Розберри, аспирант лаборатории доктора. Крейцер. "Мы показываем очень точную связь между базальными ганглиями и стволом мозга, который контролирует движение."
Примечательно, что исследователи обнаружили, что нейроны ствола мозга могут подавлять сигналы от BG – то есть, если глутаматные нейроны были включены, животное двигалось, даже если активирован стоп-путь.
"Чтобы понять, почему ходьба особенно нарушается при болезни Паркинсона, нам необходимо наметить схему, контролирующую движение," говорит доктор. Крейцер. "Наше исследование показывает, что определенный набор нейронов в стволе головного мозга необходим и достаточен для инициации движения. Это открытие может открыть дверь для новых целей лечения, которые помогут пациентам с болезнью Паркинсона легче передвигаться."