Биологи KU Leuven открыли молекулярный выключатель, который контролирует реакцию мозга мыши на потерю зрения. Когда переключатель включен, потеря зрения на один глаз будет компенсироваться другим глазом, а также за счет тактильного воздействия от усов. Когда переключатель выключен, только другой глаз будет управлять. Эти результаты могут помочь улучшить восприимчивость пациентов к сенсорным протезам, таким как кохлеарные имплантаты или бионические глаза.
Наш мозг приспосабливается к любым изменениям. Эта пластичность мозга полезна для развития нервной системы и обучения, но также вступает в силу при повреждении нервной системы. Например, когда мы теряем зрение на один глаз, наш мозг больше не получает сенсорную информацию от этого глаза, но он компенсирует эту потерю.
Исследования на взрослых мышах выявили два типа нейропластичности в ответ на потерю зрения. "Когда мышь теряет зрение на один глаз, оставшийся глаз начинает посылать дополнительные сигналы в область мозга, которая раньше обслуживалась потерянным глазом," биохимик Джули Нис из Лаборатории нейропластичности и нейропротеомики KU Leuven объясняет. "Через некоторое время в дело вступают и усы мыши – ее осязание. Через пару недель «потерянная» область мозга полностью восстанавливается, и его мозговая активность почти так же высока, как и раньше." Это явление, при котором мозг реагирует на потерю чувствительности, комбинируя входные данные от нескольких сенсорных систем, известно как кросс-модальная нейропластичность.
Возрастная реакция на потерю зрения
Исследователи KU Leuven неожиданно обнаружили, что кросс-модальная пластичность зависит от возраста: "У взрослых мышей и оставшийся глаз, и усы компенсируют отсутствие зрения в одном глазу. Но у мышей-подростков преобладает только функционирующий глаз. И все же от молодых животных можно ожидать большей пластичности, потому что мозг претерпевает серьезные преобразования в подростковом возрасте."
Более того, исследование показывает, что реакция подростка также может запускаться в мозгу взрослых мышей. "Когда вы помещаете взрослых мышей в темноту перед тем, как вынимать им глаз, они восстанавливаются по-другому: другие их чувства берут верх в меньшей степени, аналогично тому, что происходит у мышей-подростков. Другими словами, реакция мозга омолаживается, когда взрослые мыши проводят время в темноте."
Двухпозиционный переключатель в мозгу
Мозг контролирует, какие чувства компенсируют потерю зрения на один глаз, но лежащий в основе процесс всегда оставался загадкой – до сих пор. "У подростков и взрослых мышей одинаковая структура мозга, что не может объяснить их различную реакцию на потерю чувствительности. Вместо этого мы обнаружили молекулярный двухпозиционный переключатель, который контролирует, вступают ли усы во владение."
"После сравнения различных молекул, влияющих на активность мозга, мы решили управлять нейропластичностью с помощью индиплона, седативного средства, которое влияет на связь между клетками мозга и, таким образом, похоже на нейротрансмиттер ГАМК, снижающий активность. У взрослых мышей индиплон подавлял кросс-модальную пластичность: отсутствие зрения в одном глазу компенсировалось оставшимся глазом, но не усами. Можно сказать, что нам удалось «выключить» усы."
Клинические приложения
Профессор Лут Аркенс объясняет, что с точки зрения медицинских приложений решающее значение имеет новое понимание нейропластичности, включающее одно или несколько органов чувств: "Глухие или слабослышащие люди могут получить пользу от кохлеарных имплантатов. У молодых пациентов, которые лечились вовремя, они работают очень хорошо. Однако у других пациентов лечение перестало быть эффективным, поскольку слуховые области в их головном мозге уже заняты другими органами чувств. Этот результат трудно обратить вспять, но мы могли бы предотвратить его, подавив кросс-модальную пластичность. В других случаях, напротив, мы могли бы поддерживать оптимальное восстановление, повышая кросс-модальную пластичность. Но эти приложения требуют дальнейших исследований. Наше исследование прокладывает путь, показывая, что нам нужно уделять больше внимания тому, как сенсорные системы влияют друг на друга в головном мозге, например, после операции."