Усы предоставляют мыши важную информацию, чтобы преодолевать нору или обнаруживать движение, которое может сигнализировать о присутствии хищника. Эти жесткие волоски передают сенсорный сигнал в мозг, который формирует активность нейронов. Во-первых, исследования этой системы, проведенные учеными Карнеги-Меллона, показывают, насколько хорошо мозг мыши может компенсировать это, когда ограничивается восприятием мира через один ус. По словам авторов, опубликованные 4 апреля в Journal of Neuroscience, результаты должны помочь сформировать будущие исследования сенсорной депривации, вызванной инсультом или черепно-мозговой травмой.
"Наши результаты являются первыми, демонстрирующими такую степень адаптивности мозга в условиях значительно ограниченного сенсорного ввода," сказала Элисон Барт, доцент биологических наук и член Центра нейронных основ познания (CNBC). "Это открытие говорит нам, что функция мозга пластична или поправима, когда ощущение, подобное прикосновению, значительно ослаблено. Пластичность – важный показатель того, что мозг реорганизуется, чтобы компенсировать травму или дефицит."
В течение десяти лет нейробиологи знали, что мозг может увеличивать свою пластичность или адаптироваться в ответ на травмы, ограничивающие движения тела. Это последнее исследование впервые продемонстрировало столь впечатляющее повышение активности мозга у животного с потерей чувствительности. Потеря зрения, слуха, вкуса, обоняния или осязания – частые побочные эффекты, приводящие к инвалидности при черепно-мозговой травме и инсульте.
В своем исследовании Барт зафиксировала активность мозга у мышей с различной степенью удаления усов. В качестве первого шага в своем исследовании Барт удалила все усы, кроме одного, и записала нейронную активность в области мозга, расположенной на противоположной стороне животного. (Щелчок усом на одной стороне мыши стимулирует часть мозга на противоположной стороне животного). В течение недели Барт обнаружил, что один ус может не только стимулировать предсказанный кластер нейронов внутри мозга; он также может активировать близлежащие нейроны. Хотя можно было бы ожидать некоторой степени пластичности, рост активности мозга, наблюдаемый в экспериментах, был поразительным, говорит Барт.
"Это говорит нам о том, что части мозга, обрабатывающие сенсорную информацию, чрезвычайно адаптивны и могут усиливаться в присутствии ограниченного сенсорного ввода," Барт сказал.
В другом эксперименте Барт обнаружил нечто более удивительное – мышь с одним усом с большей вероятностью генерировала новую мозговую активность, чем мышь с усами на одной стороне головы и полным набором усов на другой стороне.
"Эти результаты показывают нам, что полностью функционирующий набор усов на одной стороне тела резко подавляет способность одного уса реконструировать мозг," сказал Барт. "Это открытие предполагает, что мы могли бы повысить пластичность мозга, если бы “ отключили ” сенсорный ввод с противоположной стороны тела."
Гипотетически в клинических условиях врачи могут временно лишить пациента способности видеть, слышать, обонять или касаться на одной стороне тела, чтобы заставить то же чувство на другой стороне тела расширять свою активность в головном мозге, тем самым реконструируя это гораздо лучше воспринимать ограниченное ощущение.
Этот вид "принудительное использование" терапия уже применяется в клинике для пациентов с двигательной недостаточностью. Например, пациента с черепно-мозговой травмой заставляют использовать плохо работающую руку с ожиданием, что мозг может быть достаточно пластичным, чтобы помочь этой руке восстановить движение.
"Мы считаем, что наша хорошо разработанная модель чрезвычайно хороша для будущих углубленных исследований пластичности мозга в ответ на изменения в том, как животное воспринимает окружающую среду. В конечном итоге мы хотим понять на молекулярном уровне динамику между сенсорным использованием и нейронной пластичностью," Барт сказал.
Источник: Университет Карнеги-Меллона