В исследовании, опубликованном в Nature, обнаружили что дисбаланс возбуждения и торможения в префронтальной коре мышей приводит к глубоким социальным и когнитивным нарушениям, напоминающим симптомы аутизма и шизофрении.
Конфокальное изображение культивированного нейрона гиппокампа с вставленным канальным белком C1V1-ts–EYFP. Желтый прямоугольник обозначает область, увеличенную на последнем рисунке и указывающую на локализацию C1V1-ts–EYFP на дендритной мембране. Credit: Yizhar, O., et al. / Nature
Ранее считалось, что нарушение баланса между возбуждением и торможением в мозге связано с расстройствами аутистического спектра и шизофренией. Например, выдвигалась гипотеза о том, что многие формы аутизма и шизофрении связаны с избыточной активностью возбуждающих нейронов или недостаточной активностью тормозных нейронов. Однако эту гипотезу невозможно было проверить напрямую из-за отсутствия методов, позволяющих независимо и длительно управлять разными типами нейронов в одном объёме ткани у свободно движущихся животных.
С помощью оптогенетики авторам удалось проверить гипотезу. Они придумали два новых инструмента воздействия на нейроны: опсин SSFO (реагирует на синий цвет) и канал родопсина C1V1 (реагирует на желтый и оранжевый цвет). Это позволило активировать разные виды нейронов светом разного спектра. Более того, SSFO после короткой вспышки приводил к перевозбуждению нейронов на 30 минут. В это время как раз исследовалось социальное поведение мышей (знакомство с сородичами).
Оказалось, что если искусственно нарушить баланс между возбуждением и торможением именно в одной конкретной области мозга (медиальной префронтальной коре), то у здоровой мыши сразу проявляется снижение социальной активности. Такие мыши проявляли мало интереса именно к общению с сородичами, в отличие от мышей на которых воздействие не производилось (те первым делом начинали “знакомиться” с другими мышами). При этом других нарушений поведения не наблюдали: животные передвигались, не проявляли тревожность, интересовались новыми предметами.
Аналогичное изменение баланса между возбуждением и торможением в первичной зрительной коре не влияло на социальное поведение мышей. Авторы обнаружили, что нарушение баланса между возбуждением и торможением приводит к неправильной обработке информации в пирамидальных нейронах, что в свою очередь приводит к нарушению социального поведения. Комбинаторная стимуляция (SSFO в возбуждающих нейронах и одновременно C1V1 в тормозных) частично восстановила социальное поведение: мыши, у которых избыток возбуждения компенсировали усилением торможения, снова начинали проводить больше времени с сородичами.
Это исследование выявило, что управление балансом между возбуждением и торможением нейронов может стать терапевтической стратегией для борьбы с расстройствами аутистического спектра.
Текст: Юлия Баимова
Neocortical excitation/inhibition balance in information processing and social dysfunction by Yizhar, O., et al. Nature 477, 171–178 (2011).
https://doi.org/10.1038/nature10360