Новое исследование показывает, что клетки собирают больше данных, чем считалось ранее, в таламусе, ретрансляционной станции сенсорных и моторных способностей в головном мозге. Это может изменить методы лечения шизофрении, эпилепсии и других заболеваний головного мозга в медицине.
Наш мозг отвечает за координацию и интерпретацию многих действий, которые мы принимаем как должное каждый день, от ходьбы и бега до зрения и слуха. Для координации сенсорных и моторных сигналов, передаваемых через мозг, требуется своего рода ретрансляционная станция, в данном случае таламус, две маленькие доли, которые расположены примерно в среднем мозге.
Нейроны внутри таламуса традиционно трудно изучать, но понимание того, как они помогают получать и передавать жизненно важные сигналы для сенсорных и моторных навыков, может однажды привести к новой медицинской помощи людям с определенными заболеваниями головного мозга.
«Инструменты Аргонна помогли нам обнаружить эту конвергенцию, которую мы никогда бы не увидели иначе», – говорит Вандана Сампаткумар, постоянный сотрудник Аргоннской лаборатории биологических наук, Аргоннская национальная лаборатория
Новая работа, проведенная исследователями из Чикагского университета и США.S. Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики (DOE) выявила ранее необнаруженную конвергенцию или слияние сенсорной и моторной информации в таламусе, что может приблизить науку на один шаг к такому лечению.
Ученые считают, что таламус помогает передавать сенсорные и двигательные сигналы и регулировать сознание и бдительность. Но это новое исследование показывает большую сложность того, как таламус получает различные типы информации и передает ее всем частям коры головного мозга.
Исследование команды было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Чтобы разработать эту более всеобъемлющую картину роли таламуса, команда использовала инструменты из различных научных областей, включая генетику, вирусологию, молекулярную биологию и микробиологию, а также различные методы визуализации.
«Инструменты Аргонна помогли нам обнаружить эту конвергенцию, которую мы никогда бы не увидели иначе», – сказала Вандана Сампаткумар, нейробиолог из отдела биологических наук Аргонны и научный сотрудник Калифорнийского университета в Чикаго.
Команда использовала электронную микроскопию, чтобы собрать тысячи изображений из мозга мыши. Изображения были повторно собраны в цифровом виде или сшиты вместе на локальных рабочих столах, а затем выровнены на компьютере визуализации Аргонна, Cooley, для трехмерной реконструкции.
“Мы выдвинули гипотезу, что клетки получают информацию из одного места и отправляют эту информацию с минимальными изменениями в другое место. Но на самом деле это было не так », – сказал Сампаткумар. “Было удивительно много ячеек, получающих информацию из разных мест и интегрирующих ее, прежде чем передавать дальше.”
У него «много беспорядочных, сложных и разнообразных входов и выходов», – добавил Эндрю Дж. Миллер-Хансен, студент нейробиологии Калифорнийского университета в Чикаго и член команды.
С помощью реконструкции изображений команда обнаружила, что отдельные нейроны могут объединять сигналы, поступающие из разных областей коры. Например, один нейрон в области таламуса, называемой задним медиальным ядром (Pom), может получать как сенсорную, так и моторную информацию. Они также определили, что нейроны POm получают аналогичные входные данные из неизвестных источников, «что предполагает даже большую интеграцию информации, чем показывают наши данные», – отмечается в документе.
«Наше понимание того, как сенсорная и моторная информация интегрирована в таламус, будет иметь важное значение для изучения того, как информация в целом передается в мозг», – сказал Миллер-Хансен. “Мы хотим знать, является ли этот паттерн конвергенции специфическим для сенсорной и моторной интеграции или это общий паттерн конвергенции, поддерживающий другие формы интеграции в мозгу.”
Уточняя возможности обработки и передачи сигналов нейронов таламуса, эта новая информация может помочь найти методы лечения шизофрении, некоторых форм эпилепсии и других заболеваний головного мозга, при которых дисфункция таламуса, по-видимому, связана с клиническими проблемами.