Сигнальный дисбаланс, вызванный чрезмерной возбуждающей активностью нейронов, может быть следствием любых изменений мозга, приводящих к аутизму, а не причиной этого состояния. Анализ четырех моделей мышей опровергает некоторые предположения, лежащие в основе “теории сигнального дисбаланса”, - популярной гипотезы о происхождении аутизма в мозге. Полученные данные свидетельствуют о том, что дисбаланс является компенсаторной реакцией на другие проблемы в головном мозге, а не основной причиной аутизма.
Теория сигнального дисбаланса утверждает, что мозг аутистов обладает слишком большой возбуждающей активностью и недостаточным количеством тормозящих сигналов, чтобы противостоять ей. Утверждение приводит к тому, что этот дисбаланс вызывает слишком частое срабатывание нейронов и способствует развитию двигательных проблем, сенсорной гиперчувствительности и других признаков аутизма.
Эта гипотеза, впервые предложенная в 2003 году, настолько популярна, что часто цитируется как факт.
Однако новое исследование ставит под сомнение лежащие в его основе предположения. Исследователи обнаружили искаженный сигнальный баланс, но не необычно высокую скорость нейронального возбуждения или "всплесков", как в предыдущих.
“Это работает не так просто, как сформулировано в классической гипотезе", - говорит руководитель исследования Дэн Фельдман, профессор нейробиологии Калифорнийского университета в Беркли. “Сигналы изменяются таким образом, что стабилизируют функцию мозга, а не создают избыточные всплески.”
Команда Фельдмана нашла эту закономерность в четырех популярных моделях аутизма: у мышей не хватает генов CNTNAP2 или FMR1, или отсутствует одна копия TSC2 или область хромосомы 16 под названием 16p11.2.
«Наличие нескольких моделей - это действительно сила", - говорит Одри Брамбэк, доцент кафедры неврологии и педиатрии Техасского университета в Остине, которая не участвовала в работе. “Это довольно редко, когда много моделей изучалось так подробно и систематически".
Команда Фельдмана стимулировала нейроны в срезах мозга из области, которая обрабатывает информацию из усов мыши. Они регистрировали возбуждающие и тормозящие токи, идущие от этих нейронов к другим нейронам в ткани. У мышей с аутизмом более слабые тормозные токи, чем у контрольных; некоторые модели также показывают более слабое возбуждение, но эта разница менее поразительна. В результате, по всем моделям, происходит увеличение отношения возбуждения к торможению. До сих пор результаты подтверждали теорию: “Я думал, что это здорово", - говорит Фельдман. “Я думал, что мы собираемся полностью подтвердить эту гипотезу.”
Затем исследователи записали, как часто нейроны - реципиенты вспыхивают. Теория дисбаланса сигналов предсказывает, что эти нейроны должны срабатывать чаще, чем в контрольной линии. Они выяснили, что скорострельность такая же, как и в контроле.
“Это было полной неожиданностью", - говорит Мишель Антуан, научный сотрудник в лаборатории Фельдмана. Исследование появилось 21 января в Neuron. Команда подтвердила свои результаты путем измерения активности нейронов у живых мышей CNTNAP2, FMR1 и 16p11.2 в ответ на движения усов. Снова они не обнаружили избыточной стрельбы в этой области мозга.
Озадаченная своими находками, команда Фельдмана продолжила исследование, управляя возбуждающими и тормозящими токами через стандартные уравнения, которые моделируют физиологию нервных клеток. Они обнаружили, что разница в сигналах в мозге аутистов относится к типу, который стабилизирует скорости запуска нейронов, а не увеличивает их. "Этот стабилизирующий эффект наводит на мысль о компенсаторной реакции", говорит Фельдман. «Мы знаем, что в мозге есть встроенные компенсаторные механизмы», - говорит он.
Это также говорит о том, что дисбаланс сигналов является следствием любых изменений головного мозга, которые приводят к аутизму, а не являются причиной этого состояния, и что он может на самом деле улучшить работу мозга, а не ухудшить его.
Ученые тестируют препараты, которые, как считается, усиливают торможение и нормализуют сигнальный баланс в мозге аутистов. "Но если дисбаланс не является основной причиной состояния, эти препараты могут иметь небольшую ценность", говорит Мэн-Чуань Лай, доцент психиатрии в Университете Торонто в Канаде, который не участвовал в работе. Новые результаты поднимают вопрос: "Будут ли эти лекарства работать так, как мы ожидали?- Говорит Лай.
В исследовании рассматривалась только одна область, поэтому результаты должны быть подтверждены в другом месте мозга. Сигнальный дисбаланс также может иметь волновые эффекты, которые затем приводят к аутизму. "Будем разбираться с этими загадками дальше", говорит Фельдман.