Традиционное представление о развитии мозга в подростковый период долгое время строилось вокруг идеи синаптического прунинга — процесса, при котором организм удаляет избыточные нейронные соединения, оптимизируя работу нейросетей.
Нейробиологи обнаружили возможную причину шизофрении
Специалисты из Университета Кюсю провели детальное картирование нейронов и обнаружили, что в подростковом возрасте мозг не только избавляется от лишних связей, но и активно создает плотные скопления новых синапсов. Если синапсы только удаляются, но не возникают новые скопления, у животных моделей развивалась шизофрения.
На этом снимке видны плотно сгруппированные дендритные шипики. Исследователи обнаружили ранее неизвестную синаптическую «горячую точку», которая формируется в подростковом возрасте, что ставит под сомнение устоявшееся мнение о том, что развитие мозга подростков происходит главным образом за счет сокращения синапсов. Takeshi Imai / Kyushu University
Синаптический прунинг. Представьте сад, где садовник обрезает лишние ветви, чтобы дерево росло крепким и давало плоды. В мозге происходит нечто похожее: избыточные нейронные контакты, накопленные в детстве, отмирают, уступая место более быстрым и эффективным путям передачи информации. Долгое время этот процесс считали единственным важным событием подросткового возраста. Но оказывается, мозг не только «подрезает кусты», он одновременно выстраивает в этом саду сложнейшие архитектурные сооружения — так называемые «горячие точки», без которых правильная работа психики невозможна. Сбой в этом двойном процессе — когда старое удаляется, а новое не создается — и ведет к шизофрении.
Считалось, что этот этап «биологической чистки» критически важен для формирования взрослого интеллекта и навыков планирования. Но новое исследование японских ученых, опубликованное в журнале Science Advances, предлагает более сложную картину.
Визуализация с сверхвысоким разрешением на уровне целых нейронов и реконструкция нейронов L5 ET в S1.
Используя передовые методы микроскопии и уникальный агент для обеспечения прозрачности тканей SeeDB2, команда изучила нейроны пятого слоя коры больших полушарий у мышей. Ученые обнаружили, что в то время как в одних частях дендритов связи действительно исчезают, в других — специфических апикальных участках — наблюдается взрывной рост плотности шипиков. Эти структуры образуют «горячие точки» высокой концентрации синапсов, которые появляются именно в период взросления, превращая мозг в более сложную и интегрированную систему.
Причина шизофрении
Распределение плотности шипиков в разных областях коры головного мозга и среди различных типов клеток. Карты плотности шипиков (с шагом 10 мкм) для типичных нейронов L5 ET в первичной соматосенсорной (S1), первичной зрительной (V1), первичной слуховой (A1), первичной моторной (M1) и медиальной префронтальной (mPFC) коре у мышей линии Thy1-YFP-H. Масштабная линейка, 50 мкм.
Особое внимание авторы работы уделили тому, как нарушения в формировании этих плотных кластеров могут влиять на развитие тяжелых психических состояний. Исследователи проанализировали модели на мышах с генетическими мутациями, связанными с риском шизофрении.
Выяснилось, что при наличии таких поломок формирование специфических синаптических узлов в подростковом возрасте серьезно нарушается. «Хотя синаптический прунинг происходит широко по всем дендритам, образование синапсов также имеет место в специфических дендритных отсеках во время развития коры у подростков. Нарушение этого процесса может быть ключевым фактором по крайней мере для некоторых типов шизофрении», — отмечает соавтор исследования Ре Эгасира.
Ранее считалось, что причина заболевания кроется исключительно в избыточном удалении связей, но теперь фокус смещается на неспособность мозга построить необходимые новые структуры. Эти выводы могут стать фундаментом для поиска новых способов диагностики и терапии, хотя ученым еще предстоит подтвердить аналогичные механизмы в человеческом мозге.