Новое исследование может объяснить, почему люди с аутизмом часто очень чувствительны к свету и шуму.
Многие люди с расстройствами аутистического спектра очень чувствительны к свету, шуму и другим сенсорным воздействиям. Новое исследование на мышах выявило нервный контур, который лежит в основе этой гиперчувствительности, предлагая возможную стратегию для разработки новых методов лечения.
MIT и нейробиологи Университета Брауна обнаружили, что мыши, у которых отсутствует белок Shank3, который ранее был связан с аутизмом, были более чувствительны к прикосновению к их усам, чем генетически нормальные мыши. Эти Shank3-дефицитные мыши также имели сверхактивные возбуждающие нейроны в области мозга, называемой соматосенсорной корой, что, по мнению исследователей, объясняет их сверхреактивность.
В настоящее время не существует методов лечения сенсорной гиперчувствительности, но исследователи считают, что раскрытие клеточной основы этой чувствительности может помочь ученым в разработке потенциальных методов лечения.
«Мы надеемся, что наши исследования могут указать нам правильное направление для следующего поколения развития лечения», - говорит Гопин Фенг, профессор нейробиологии им. Джеймса В. и Патрисии Пойтрас в Массачусетском технологическом институте и член Института исследований мозга Макговерта при Массачусетском технологическом институте.
Фэн и Кристофер Мур, профессор нейробиологии в Университете Брауна, являются старшими авторами статьи, которая сегодня выходит в журнале Nature Neuroscience . Ведущий автор исследования - научный сотрудник Института МакГоверна Цянь Чен и постдоктор Брауна Кристофер Дейстер.
Слишком много возбуждения
Белок Shank3 важен для функции синапсов - соединений, которые позволяют нейронам связываться друг с другом. Ранее Фэн показал, что у мышей, у которых отсутствует ген Shank3, проявляются многие черты, связанные с аутизмом , в том числе избегание социального взаимодействия и навязчивое, повторяющееся поведение.
В новом исследовании Фэн и его коллеги намеревались изучить, проявляют ли эти мыши также сенсорную гиперчувствительность. Для мышей одним из наиболее важных источников сенсорного ввода являются усы, которые помогают им ориентироваться и сохранять равновесие, помимо других функций.
Исследователи разработали способ измерения чувствительности мышей к небольшим отклонениям их усов, а затем обучили мутантных мышей Shank3 и нормальных («дикого типа») мышей демонстрировать поведение, которое сигнализировало, когда они чувствовали прикосновение к своим усикам. Они обнаружили, что мыши, у которых отсутствовал Shank3, точно сообщали об очень незначительных отклонениях, которые не были замечены нормальными мышами.
«Они очень чувствительны к слабому сенсорному вводу, который едва обнаруживается мышами дикого типа», - говорит Фэн. «Это прямой признак того, что у них сенсорная избыточная реактивность».
Как только они установили, что мыши-мутанты испытывали сенсорную гиперчувствительность, исследователи начали анализировать нейронную активность. Для этого они использовали технику визуализации, которая может измерять уровни кальция, которые указывают на нервную активность, в определенных типах клеток.
Они обнаружили, что при прикосновении к усам мышей возбуждающие нейроны в соматосенсорной коре были сверхактивными. Это было несколько удивительно, потому что когда Shank3 отсутствует, синаптическая активность должна упасть. Это заставило исследователей выдвинуть гипотезу о том, что корень проблемы заключался в низких уровнях Shank3 в тормозных нейронах, которые обычно снижают активность возбуждающих нейронов. В соответствии с этой гипотезой, снижение активности этих тормозных нейронов могло бы привести к тому, что возбуждающие нейроны останутся без контроля, что приведет к сенсорной гиперчувствительности.
Чтобы проверить эту идею, исследователи генетически сконструировали мышей, чтобы они могли отключать экспрессию Shank3 исключительно в ингибирующих нейронах соматосенсорной коры. Как они и подозревали, они обнаружили, что у этих мышей возбуждающие нейроны были сверхактивными, даже если у этих нейронов был нормальный уровень Shank3.
«Если вы удаляете Shank3 только в тормозных нейронах соматосенсорной коры, а остальная часть мозга и тела в норме, вы увидите похожее явление, когда у этих мышей есть гиперактивные возбуждающие нейроны и повышенная сенсорная чувствительность», - говорит Фэн.
Обратить гиперчувствительность
Результаты показывают, что восстановление нормальных уровней активности нейронов может обратить вспять этот тип гиперчувствительности, говорит Фэн.
«Это дает нам клеточную цель для того, чтобы в будущем мы могли модулировать уровень активности ингибирующих нейронов, что может быть полезным для коррекции этой сенсорной аномалии», - говорит он.
Во многих других исследованиях на мышах дефекты тормозных нейронов связаны с неврологическими расстройствами, включая синдром Хрупкого Х и синдрома Ретта, а также аутизм.
«Наше исследование является одним из нескольких, которые обеспечивают прямую и причинную связь между тормозящими дефектами и сенсорной аномалией, по крайней мере, в этой модели», - говорит Фенг. «Это предоставляет дополнительные доказательства в поддержку ингибирующих дефектов нейронов как одного из ключевых механизмов в моделях расстройств аутистического спектра».
Теперь он планирует изучить время возникновения этих нарушений во время развития животного, что может помочь при разработке возможных методов лечения. Существуют препараты, которые могут подавлять возбуждающие нейроны, но эти препараты оказывают седативное действие, если используются по всему мозгу, поэтому более целенаправленное лечение может быть лучшим вариантом, говорит Фэн.
«У нас пока нет четкой цели, но у нас есть явное клеточное явление, которое поможет нам вести себя», - говорит он. «Мы все еще далеки от разработки лечения, но мы рады, что выявили дефекты, указывающие, в каком направлении мы должны идти».
Исследование финансировалось Центром исследований аутизма им. Хока Э. Тана и К. Лизы Янг при Массачусетском технологическом институте, Центром психиатрических исследований им. Стэнли при Институте им. Широкого Массачусетского технологического института и Гарварда, Фондом семьи Нэнси Лурье Маркс, Центром психиатрических расстройств им. Поитраса Исследования в Институте Макговерна, семье Варанаси, Р. Бакстоне и Национальных институтах здравоохранения.
Нейробиологи из Массачусетского технологического института обнаружили мозговой контур, который, по-видимому, способствует сенсорной гиперчувствительности, часто наблюдаемой у людей с расстройствами аутистического спектра.
