Обнаружен новый механизм модуляции восприятия, который может объяснить аутизм

Кортикальный нейрон, экспрессирующий зеленый флуоресцентный белок, сфотографированный в живом мозге мыши с помощью двухфотонной микроскопии. Автор: © Ронан Шеро

Кора головного мозга обрабатывает сенсорную информацию через сложную сеть нейронных связей. Как эти сигналы модулируются для уточнения восприятия? Команда из Женевского университета (UNIGE) обнаружила механизм, с помощью которого определенные таламические проекции воздействуют на нейроны и изменяют их возбудимость. Это исследование, опубликованное в Nature Communications, раскрывает ранее неизвестную форму коммуникации между двумя областями мозга — таламусом и соматосенсорной корой. Это может объяснить, почему один и тот же сенсорный стимул не всегда вызывает одинаковые ощущения, а также открывает новые пути для понимания некоторых психических расстройств.

Один и тот же сенсорный стимул может восприниматься то четко, то расплывчато. Это явление объясняется тем, как мозг интегрирует стимулы. Например, прикосновение к объекту вне поля зрения может быть достаточным для его идентификации... или нет. Эти вариации восприятия остаются малоизученными, но могут зависеть от таких факторов, как внимание или наличие других раздражителей. По словам нейробиологов, когда мы что-то трогаем, сенсорные сигналы от рецепторов кожи интерпретируются специализированной областью, называемой соматосенсорной корой.

На пути к ней сигналы проходят через сложную сеть нейронов, включая таламус — ключевую структуру мозга, которая служит релейной станцией. Однако процесс не является односторонним. Значительная часть таламуса также получает обратную связь от коры, образуя петлю взаимной коммуникации. Но точная роль и функционирование этой петли обратной связи до сих пор неясны. Может ли она играть активную роль в том, как мы воспринимаем сенсорную информацию?

Новый модуляторный путь

Чтобы исследовать этот вопрос, нейробиологи UNIGE изучили область на вершине пирамидных нейронов соматосенсорной коры, богатую дендритами — отростками, которые получают электрические сигналы от других нейронов. «Пирамидные нейроны имеют довольно странную форму. Они асимметричны как по форме, так и по функциям. То, что происходит на вершине нейрона, отличается от того, что происходит у его основания», — объясняет Энтони Холтмаат, профессор кафедры фундаментальной нейронауки (NEUFO) и Центра нейронауки Synapsy при медицинском факультете UNIGE, руководитель исследования.

Его команда сосредоточилась на пути, в котором вершина пирамидных нейронов у мышей получает проекции из определенной части таламуса. Стимулируя усы животных (аналог осязания у людей), ученые выявили точный диалог между этими проекциями и дендритами пирамидных нейронов. «Что удивительно, в отличие от обычных таламических проекций, которые активируют пирамидные нейроны, эта часть таламуса модулирует их активность, в частности, делая их более чувствительными к стимулам», — говорит Ронан Шеро, старший исследователь NEUFO и соавтор исследования.

Неожиданный рецептор

Используя передовые методы — визуализацию, оптогенетику, фармакологию и, прежде всего, электрофизиологию — исследователи смогли записать электрическую активность крошечных структур, таких как дендриты. Эти подходы помогли прояснить, как работает эта модуляция на синаптическом уровне. Обычно нейротрансмиттер глутамат действует как сигнал активации. Он помогает нейронам передавать сенсорную информацию, вызывая электрический ответ в следующем нейроне.

В этом новом механизме глутамат, выделяемый таламическими проекциями, связывается с альтернативным рецептором, расположенным в определенной области кортикального пирамидного нейрона. Вместо того чтобы напрямую возбуждать нейрон, это взаимодействие изменяет его состояние готовности, как бы подготавливая его к будущему сенсорному входу. Нейрон становится легче активировать, как если бы его «настраивали» на лучший ответ на будущий стимул.

«Это ранее неизвестный путь модуляции. Обычно модуляция пирамидных нейронов обеспечивается балансом между возбуждающими и тормозными нейронами, а не этим механизмом», — объясняет Ронан Шеро.

Последствия для восприятия и расстройств

Показав, что специфическая петля обратной связи между соматосенсорной корой и таламусом может модулировать возбудимость корковых нейронов, исследование предполагает, что таламические пути не просто передают сенсорные сигналы, но и действуют как селективные усилители корковой активности. «Другими словами, наше восприятие прикосновения формируется не только входящими сенсорными данными, но и динамическими взаимодействиями внутри таламокортикальной сети», — добавляет Энтони Холтмаат. Этот механизм также может помочь понять гибкость восприятия, наблюдаемую в состояниях сна или бодрствования, когда сенсорные пороги меняются. Его нарушение может играть роль в некоторых патологиях, таких как расстройства аутистического спектра.

Источники:

Материалы предоставлены Женевским университетом.