Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе считают, что знают. Используя мышиную модель синдрома ломкой Х-хромосомы, исследователи записали активность нейронов в мозгу живой мыши, когда животное было и бодрствующим, и спящим.
Они обнаружили, что эти нейронные сети проявляют слишком большую активность, срабатывают слишком часто и синхронно, намного больше, чем в нормальном мозге. Эта нейрональная возбудимость также может быть причиной симптомов у детей с FXS, которые могут включать нарушение сна, судороги или нарушения обучаемости. Результаты могут привести к лечению, которое может успокоить чрезмерную активность и позволить вести себя более нормально.
Результаты опубликованы 2 июня в онлайн-выпуске журнала Nature Neuroscience.
По данным Национального фонда ломкой Икс, у мужчин примерно 1 из 3600-4000 страдает этим расстройством; у женщин, от 1 из 4000 до 6000. FXS вызывается мутацией в гене fmr1, который кодирует хрупкий белок умственной отсталости X, FMRP. Считается, что этот белок важен для образования и регуляции синапсов.
У мышей, у которых отсутствует ген fmr1 (и, следовательно, отсутствует белок FMRP), проявляются некоторые из симптомов человеческого FXS, включая судороги, нарушение сна, аномальные социальные отношения и дефекты обучения.
«Мы хотели найти связь между аномальной структурой синапсов в мышах FXS и поведенческими аномалиями на уровне мозговых цепей; это ранее не было установлено», – сказал старший автор исследования доктор д-р. Карлос Портера-Кайо, доцент кафедры неврологии и нейробиологии. «Итак, мы проверили передачу сигналов между разными нейронами у хрупких X-мышей и действительно обнаружили аномально высокий срабатывание потенциалов действия – сигналов между нейронами – а также аномально высокую синхронность; то есть слишком много нейронов сработали вместе.
Это характерная черта для раннего развития мозга, но не у взрослых », – сказал он. «По сути, это указывает на относительную незрелость мозговых цепей в FXS», – добавил Тьяго Гонсалвес, бывший постдок лаборатории Портера-Кайо и первый автор исследования.
Исследователи использовали двухфотонную кальциевую визуализацию и электрофизиологию с фиксатором, две сложные технологии, которые позволили исследователям записывать сигналы от отдельных клеток мозга. По словам Портера-Кайо, аномально высокая активность и сетевая синхронизация свидетельствуют о том, что нейронные цепи чрезмерно возбудимы при FXS. «Это, вероятно, приводит к отклонениям в работе мозга или нарушениям нормальных вычислений мозга», – сказал он. «Например, высокая синхронность может привести к припадкам – большее количество нейронов, срабатывающих вместе, может вызвать синхронное срабатывание целых частей мозга, что является основой припадков.«А эпилепсия, – отмечает он, – встречается почти у 20 процентов детей с FXS.
Высокая частота возбуждения также может нарушить способность мозга декодировать сенсорные стимулы, вызывая подавляющую реакцию даже на простые сенсорные стимулы; что может привести к аутизму и отказу от социальных взаимодействий. «Интересно, что мы обнаружили, что высокая скорость и синхронность особенно заметны в то время, когда животные спали. Это любопытно, потому что характерным признаком FXS является нарушение сна и частые пробуждения.«И, как он отметил, поскольку сон важен для кодирования воспоминаний и консолидации обучения, эта гипервозбудимость мозговых сетей в FXS может мешать процессу создания новых воспоминаний и, возможно, объяснять неспособность к обучению у детей с FXS.
"Поскольку ученые, занимающиеся мозгом, много знают о факторах, регулирующих возбудимость нейронов, включая тормозящие нейроны, теперь они могут попытаться использовать различные стратегии для ослабления возбуждения нейронов.
Надеюсь, это может быть полезно для лечения симптомов FXS », – сказал он.
Следующим шагом, по словам Портера-Кайо, будет изучение того, действительно ли хрупкие мыши X демонстрируют преувеличенную реакцию на сенсорные стимулы. «Потому что подавляющая реакция на легкий звук или ласку, или гипервозбуждение на сенсорные раздражители может быть общим для разных типов аутизма, а не только для FXS», – сказал он. «Если гипервозбудимость является основой сети мозга для этих симптомов, то снижение возбудимости нейронов с помощью определенных препаратов, которые модулируют торможение, может иметь терапевтическое значение при этих разрушительных нарушениях нервного развития."
Среди других авторов исследования были Пейман Гольшани из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Джеймс А. Энсти из Медицинского факультета Медицинского университета штата Орегон.
Исследование финансировалось за счет грантов Национальных институтов здравоохранения (NICHD R01HD054453 и NINDS RC1NS068093), исследовательского фонда FRAXA и фонда Dana Foundation.