Несбалансированная активация нервных клеток и ранее неизвестные связи внутри внешнего бледного шара (GPe) и полосатого тела мозга могут быть ответственны за некоторые двигательные симптомы при болезни Паркинсона и аналогичных нейродегенеративных состояниях, согласно паре исследований Northwestern Medicine, опубликованных в Journal of Neuroscience.
Более подробная нейронная карта этих регионов, построенная Савио Чаном, Ph.D., адъюнкт-профессор физиологии и старший автор исследований, может помочь в будущих попытках манипулировать этими цепями, чтобы облегчить нейродегенеративные заболевания.
«Понимание того, как эти цепи изменяются, может помочь нам в будущем определить способы исправления цепей, когда они выходят из строя в болезненных условиях», – сказал Чан.
Демография нейронов
GPe, часть базальных ганглиев, расположенных в основании мозга, составляет половину структуры бледного шара. GPe – главный регулятор добровольного движения. Однако до недавнего времени GPe в основном игнорировалось, по словам Чана.
«Это был черный ящик в этой цепи – никто не знал, что он делает, поэтому на него не обращали внимания, и люди не обращали на него внимания», – сказал Чан.
GPe в основном состоит из двух классов клеток: клеток Npas1 и клеток PV, которые подавляют и способствуют активации двигательной системы соответственно. В ходе исследования Чан и его сотрудники исследовали подтипы этих классов клеток, обнаружив, что несколько подтипов Npas1 проецируются в разные области мозга, включая полосатое тело, таламус и кору.
У здоровых субъектов GPe демонстрирует так называемую модель, не зависящую от активности: активность нейронов несинхронизирована, по сути, это низкий постоянный гул случайной активации. Однако в мозге пациентов с болезнью Паркинсона нейроны GPe проявляют синхронную импульсную активность, которая коррелирует с двигательными симптомами.
Просто активировав один подтип клеток Npas1 – клетки Foxp2 – исследователи смогли воссоздать замирание походки, главный симптом, наблюдаемый у пациентов с болезнью Паркинсона.
«Это говорит нам о том, что нам не нужно, чтобы вся популяция клеток делала то же самое, чтобы увидеть моторный результат», – сказал Чан. “Возможно, что при болезни Паркинсона эти клетки сверхактивны, и мы хотим это изучить.”
Стриатум, расположенный в переднем мозге, является самой большой входной станцией базальных ганглиев с двумя основными выходными путями, которые характеризуются их нейронами: прямой путь нейронов проекции шипов (dSPN) и непрямой путь нейронов проекции шипов (iSPN).
Обычно предполагается, что прямой путь способствует двигательной активности, тогда как непрямой путь подавляет двигательную активность, по крайней мере, со стороны дорсального медиального полосатого тела. По словам Чана, хотя есть также соединения, идущие от дорсального бокового полосатого тела, до сих пор они не были тщательно изучены.
«Люди просто предположили, что боковая сторона будет действовать точно так же, как медиальная», – сказал Чан. «Частично это было связано с отсутствием инструментов, но теперь, благодаря оптогенетике, мы действительно можем пощекотать схему и посмотреть, как она отреагирует.”
В своем исследовании Чан изучил функцию этих проводящих путей и обнаружил, что дорсальное латеральное полосатое тело фактически работает в обратном направлении; dSPN вызвали моторное подавление, в то время как iSPN вызвали моторное продвижение.
“Это было полной неожиданностью для нас”, – сказал Чан.
Кроме того, когда исследователи конкретно измерили вход полосатого тела в GPe базальных ганглиев, они обнаружили ранее неизвестную роль dSPN. По словам Чана, хотя они обеспечивают лишь часть входных данных по сравнению с iSPN, они по-прежнему являются важным регулятором моторной активности, потенциально за счет избирательного воздействия на клетки Npas1.
Используя мышиные модели болезни Паркинсона, ученые наблюдали, что проекция dSPN на GPe из дорсального бокового полосатого тела была значительно усилена, что вывело систему из равновесия и способствовало появлению симптомов моторного подавления у пациентов с болезнью Паркинсона.
«Пациенты двигаются очень медленно или совсем не очень, и это возможное объяснение», – сказал Чан. “Это путь, о котором люди не думали, опосредованное подавление моторики.”
По словам Чана, открытие этого нейронного пути открывает двери для использования этой популяции dSPN с целью уменьшения двигательных симптомов у пациентов с болезнью Паркинсона.
«Как только мы поймем, как эти цепи влияют на двигательные паттерны, мы можем попытаться манипулировать этими схемами в болезненных условиях», – сказал Чан.