Коронарный срез мозга мыши. Бо Ли и его коллеги индуцировали интернейроны ЛВ медиальной префронтальной коры (mPFC), чтобы они вырабатывали красный флуоресцентный маркер, который освещает любые нейроны, предоставляющие им входной сигнал. Следовательно, подразумевается прямая связь с нейронами, помеченными красным цветом на этом изображении, расположенными в медиодорсальном таламусе (MD).
Команда Ли обнаружила тормозную цепь между двумя областями мозга, которая при нарушении может лежать в основе когнитивных расстройств, таких как шизофрения.
«ПФК и таламус были вовлечены в шизофрению в исследованиях на людях, а также на моделях животных», – говорит доцент CSHL Бо Ли, «однако механизм, лежащий в основе взаимодействия между этими двумя областями, остается неясным."
Таламус действует как шлюз, через который информация из других частей мозга собирается и обрабатывается перед отправкой в кору.
Этот таламокортикальный контур часто настраивается тормозящими нейронами, которые подавляют передачу сигналов между возбуждающими нейронами, передающими сообщения. Ли и его коллеги сосредоточились на связях между участками ПФК и таламусом, которые называются медиальной префронтальной корой (mPFC) и медиодорсальным таламусом (MD).
Они наблюдали процесс, называемый торможением с прямой связью, механизм, в котором один нейрон возбуждает соседний нейрон или нейрон «ниже по течению», но также рекрутирует третий нейрон для подавления нижерасположенной цели после некоторой задержки.
Этот процесс открывает узкое временное окно, в течение которого целевой нейрон может быть активирован.
Когда таламус передает информацию, полученную от органов чувств, подавление прямой связи действует, чтобы отфильтровать посторонние входные данные, что приводит к высокоточной сенсорной репрезентации. До настоящего исследования не было известно, существует ли аналогичный механизм ингибирования нейронной связи между mPFC и MD. Последняя область связана с когнитивным функционированием, а не с сенсорной обработкой.
Как описано в работе, опубликованной в The Journal of Neuroscience, Ли и его коллеги использовали оптогенетическую стимуляцию, метод, при котором нейроны, экспрессирующие светочувствительный белок, управляются импульсами света, чтобы активировать нейроны в таламусе.
Эти нейроны, в свою очередь, активировали два класса клеток в префронтальной коре – тормозные интернейроны ЛВ, а также возбуждающие пирамидные нейроны. Относительное время их активации подсказало команде Ли, что тормозящие клетки могут формировать активность возбуждающих.. Теперь команда предполагает, что интернейроны ЛВ могут определять период времени, в течение которого пирамидные нейроны интегрируют возбуждающий сигнал от нейронов таламуса.
«Текущая проблема лечения шизофрении – это нехватка эффективных лекарств, поэтому открытие этого механизма развития болезни является захватывающим событием», – говорит Ли. "Эта работа – только начало усилий по определению нервного пути, участвующего в шизофрении, и того, какие изменения происходят в этом пути."
В будущих экспериментах Ли и его команда оценят на генетической мышиной модели шизофрении, есть ли какие-либо заметные изменения в наблюдаемом прямом подавлении пути MD-mPFC. «Это исследование может помочь нам разработать методы, позволяющие обратить вспять любые изменения, которые мы наблюдаем в пути MD-mPFC на животных моделях, и могло бы привести к улучшению лечения этого заболевания», – говорит Ли.