Долгое время считалось неспособным к регенерации, теперь мы знаем, что клетки мозга могут расти и реорганизовываться. Это, как оказалось, неоднозначное благословение.
Ключевые выводы
- Нейропластичность относится к способности мозга реорганизовывать свою структуру и функции в ответ на новый опыт.
- Многие считают, что использование силы нейропластичности может привести к лечению или излечению недугов, начиная от депрессии и заканчивая параличом.
- Однако у нейропластичности есть и темная сторона: зависимость и, как показывает новое исследование, эпилепсия.
В 1913 году Сантьяго Рамон-и-Кахаль, отец современной неврологии, заявил: «У взрослого… нервные пути представляют собой нечто фиксированное, законченное и неизменное. Все может умереть, ничто не может возродиться». Это быстро стало центральной догмой нейронауки, которая сохранялась десятилетиями. Однако в 1960-х годах начали появляться доказательства того, что мы сейчас называем нейропластичностью: исследования показали, что нейроны могут изменять свою структуру и функции и что мозг различных видов, включая млекопитающих, может выращивать новые клетки во взрослом возрасте.
Только в 1990-х годах, когда исследования показали, что мозг взрослого человека генерирует новые клетки, эта догма была опровергнута. Сегодня широко распространено мнение, что нейропластичность - это скорее правило, чем исключение, и что каждый опыт, который мы получаем, так или иначе изменяет структуру или функцию мозга. Пластичность мозга часто преподносится как чудодейственное средство, но у нее есть и темная сторона. Зависимость, например, возникает в результате нейропластичности системы вознаграждения мозга. Теперь исследование на животных, проведенное группой исследователей из Стэнфордского университета, показывает, что недавно описанная форма пластичности, вероятно, способствует прогрессированию эпилепсии.
Учебник по нейропластичности
Наиболее широко изученная форма нейропластичности происходит в синапсах, соединениях между нейронами, по которым клетки передают друг другу химические сигналы. Синаптическая пластичность включает усиление или ослабление сигнального процесса в ответ на усиление или снижение активности нейронов, что делает передачу сигналов в этом пути более или менее эффективной. Широко распространено мнение, что синаптическая пластичность имеет решающее значение для обучения и формирования памяти. Зависимость можно рассматривать как неадекватную форму синаптической пластичности, включающую модификацию связей в дофаминовых путях, которые играют ключевую роль в обработке вознаграждения, что приводит к сильным и длительным воспоминаниям о наркотиках.
Другой широко изученной формой пластичности является взрослый нейрогенез, или образование новых нервных клеток. Это происходит в нескольких областях человеческого мозга, в первую очередь в гиппокампе, который играет важную роль в обучении, памяти и пространственной навигации. Тем не менее, продолжаются споры о значении этого процесса. Исследования предоставляют противоречивые данные о количестве новых клеток, образующихся в гиппокампе, и до сих пор неясно, какую роль играют новообразованные клетки в функционировании мозга.
Совсем недавно была открыта доселе неизвестная форма нейропластичности. Это связано с перераспределением миелина, жировой ткани, которая изолирует нервные волокна и увеличивает скорость электрических импульсов, которые они несут. В головном и спинном мозге миелин вырабатывается ненейрональными клетками, называемыми олигодендроцитами. Из-за высокого содержания жира под микроскопом он кажется белым - отсюда и термины «белое вещество» (области мозга, обогащенные миелином) и «тракты белого вещества» (пучки нервных волокон для связи на большие расстояния).)
У людей формирование белого вещества происходит в основном в детстве и продолжается до второго десятилетия жизни. Считалось, что после завершения миелинизации распределение белого вещества остается стабильным. Но это не так. Используя технику сканирования мозга, называемую диффузионно-тензорной визуализацией, для визуализации трактов белого вещества в человеческом мозге исследователи показали, например, что изучение сложных двигательных навыков, таких как жонглирование или игра на фортепиано, вызывает изменения в архитектуре белого вещества мозга, а у животных эксперименты показывают, что блокирование образования новых олигодендроцитов ухудшает консолидацию памяти.
Непослушная нейропластичность
Новое исследование под руководством Джульетты Ноулз было проведено на инбредной линии крыс, у которых развились спонтанные приступы «отсутствия» (которые связаны с потерей сознания), подобные тем, что у людей. У этих животных приступы возникают в клетках, соединяющих кору головного мозга с подкорковой структурой, называемой таламусом, и распространяются по мозгу через пути белого вещества, соединяющие эти области, а также через мозолистое тело, огромный пучок белого вещества, соединяющий два полушария..
Ноулз и ее коллеги исследовали мозг этих животных до и после того, как у них развились судороги, и сравнили их с мозгом здоровых контрольных крыс. Они обнаружили, что количество олигодендроцитов и степень миелинизации в мозолистом теле были выше у крыс с эпилепсией после начала припадков и увеличивались параллельно с прогрессированием припадков. Области мозга, которые не были затронуты припадками, не проявляли этих различий.
Помимо увеличения на 69% количества незрелых олигодендроцитов и увеличения на 56% числа зрелых клеток, крысы также имели аномальную структуру миелина, при этом миелиновые оболочки вокруг аксонных волокон были толще, чем у крыс. таковые у контрольных крыс. Однако у крыс, получавших противосудорожный препарат этосуксимид, было меньше приступов или их не было вовсе, а структура их миелина была сравнима со структурой контрольной группы.
Команда также использовала систему Cre-LoxP для выведения предрасположенной к судорогам генетически модифицированной линии мышей, которая позволила бы исследователям удалить рецептор клеточной поверхности, называемый TrkB, из незрелых олигодендроцитов на любой стадии путем лечения. с препаратом тамоксифен. Во время нормального развития активные нейроны секретируют фактор роста, называемый мозговым нейротрофическим фактором (BDNF), который связывает TrkB на незрелых олигодендроцитах, вызывая миелинизацию аксонов, выступающих из мозолистого тела в кору. У этих мышей судороги развились примерно в трехмесячном возрасте, и у них были обнаружены те же аномалии, что и у крыс с эпилепсией, но удаление TrkB из незрелых олигодендроцитов предотвратило аномальное увеличение миелинизации и значительно уменьшило количество судорог, которые у них были.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Neuroscience, показывают, что электрическая активность, связанная с эпилептическими припадками, увеличивает как пролиферацию незрелых олигодендроцитов, так и количество зрелых олигодендроцитов в мозолистом теле, что приводит к аномальному перепроизводству миелина, что в свою очередь способствовал прогрессированию эпилепсии.
От мышей к людям
Однако еще слишком рано экстраполировать полученные данные на эпилепсию у людей. Эпилепсия принимает различные формы у людей, которые различаются по причине, возрасту начала, локализации и тяжести припадков, поэтому роль пластичности миелина также, вероятно, различается для каждой формы. Тем не менее, дальнейшее изучение неадекватной миелинизации может в конечном итоге привести к новым стратегиям лечения эпилепсии и других неврологических состояний.