Болезнь Альцгеймера и шизофрения являются одними из наиболее распространенных заболеваний головного мозга и связаны с проблемами в клетках, содержащих белок, называемый парвальбумин. Эти клетки, содержащие парвальбумин, составляют почти одну десятую всех клеток вашего мозга, однако относительно мало известно о том, что делают клетки парвальбумина. Стимулируя мозг мыши лазером, исследователи начали делать удивительные выводы о том, как они работают.
Исследователи в лаборатории доктора. Адам Кью. Бауэра в Вашингтонском университете в г. Луи, обнаружили удивительные изменения в объеме и кровотоке при стимуляции клеток, содержащих парвальбумин. Используемая ими техника основана на специально выведенных мышах, мозг которых можно стимулировать с помощью лазерных импульсов. Они представят свои выводы на конгрессе OSA по биофотонике: оптика в науках о жизни, который состоится в Тусоне, штат Аризона., 14-17 апреля 2019 г.
Было обнаружено, что один из основных типов тормозных клеток мозга, клетки, экспрессирующие парвальбумин, отвечают за синхронизацию бесконечных сигналов мозга. Поскольку правильное развитие нервной системы зависит от нервов, которые многократно срабатывают согласованно друг с другом с течением времени, было обнаружено, что проведение этой нейронной симфонии является важной частью регулирования связей между клетками мозга, которые позволяют им нормально развиваться.
Техника стимуляции мозга световыми сигналами, называемая оптогенетикой, произвела большой скачок в нашем понимании того, как работает мозг, включая то, как наш мозг обрабатывает страх и наше обоняние, или что заставляет нас становиться зависимыми от наркотиков.
"Оптогенетика удобна, менее инвазивна и воспроизводима," Джунхёк Ли, один из исследователей группы Бауэра, сказал. "И это проще. Вам не нужно втыкать зонды в мозг мыши или что-то в этом роде."
Сначала исследователи вывели мышей, которые экспрессировали в головном мозге особый светочувствительный белок, называемый каналом родопсином. Каналродопсин изначально был обнаружен в водорослях, но ученые могут использовать его, чтобы выбрать, какие части мозга мыши включить. Ударьте эту область мозга мыши лазером правильного цвета, и вы можете активировать желаемую нейронную цепь.
Для сравнения, команда вывели мышей, у которых канал родопсина был прикреплен к нейронам, экспрессирующим парвальбумин, и мышей с каналом родопсина на возбуждающих Thy1-экспрессирующих клетках. В каждой группе они смогли стимулировать мозг мыши лазером и сравнить результаты.
По словам Ли, когда большинство нейронов стимулируется, мозг обеспечивает их большим количеством крови и кислорода. Это произошло с возбуждающими клетками Thy 1, но результаты лаборатории, касающиеся кровотока и объема, показали противоположную реакцию при стимуляции клеток, экспрессирующих парвальбумин.
"То, как активность определенных нейронных популяций сочетается с локальными изменениями кровотока, имеет фундаментальное значение для понимания того, как мозг регулирует кровоснабжение," сказал Ли.
Ученые пришли к выводу, что клетки, экспрессирующие парвальбумин, способны оттягивать и регулировать кровоснабжение в тех областях, где они активированы.
Исследователи измерили уровни крови и кислорода, направив на мозг отдельную лазерную систему, называемую лазерной спекл-контрастной визуализацией. Прикоснувшись к усам мышей, Ли и его коллеги впервые обнаружили, что клетки парвальбумина могут уменьшать объем доступной крови и кислорода поблизости при возбуждении. Затем группа измерила различные области мозга и обнаружила, что клетки парвальбумина могут помочь передавать сообщения в далекие уголки мозга, чтобы изменить их гемодинамику или кровоток.
"Мы действительно не ожидали, что активация нейронов, экспрессирующих парвальбумин, приведет к снижению местного кровотока и объема," Ли сказал. "Более того, хотя это могло быть косвенной причиной, тот факт, что мы наблюдали аналогичную гемодинамическую активность в более отдаленных областях мозга, был очень удивительным."
В конечном итоге, сказал Ли, он надеется, что полученные данные и методы помогут лучше понять роль парвальбумина в нервно-сосудистом соединении и предоставят еще один фрагмент головоломки о том, как он влияет на развитие мозга или формирование неврологических расстройств.