211service.com
Implanterede neuroner lader hjernen omkoble sig selv igen
Transplantation af føtale neuroner i hjernen på unge mus åbner et nyt vindue om neural plasticitet eller fleksibilitet i hjernens neurale kredsløb. Forskningen, offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskab , tyder på, at hjernens evne til radikalt at tilpasse sig nye situationer måske ikke er permanent tabt i ungdommen, og hjælper med at udpege de faktorer, der er nødvendige for at genindføre denne plasticitet.
Fleksibel igen: Neuroner transplanteret fra et embryo ind i hjernen på en ung mus er vist her. Disse neuroner udløser en ny periode med neural plasticitet i dyrenes hjerner.
En bedre forståelse af hjernens plasticitet kunne en dag pege på nye måder at behandle hjerneskade og andre neurologiske problemer på ved at bringe hjernen tilbage til en yngre, mere formbar tilstand. [Resultaterne] afslører, at der må være en faktor, der kan inducere plasticitet i hjernen, siger Michael Stryker , en neurovidenskabsmand ved University of California, San Francisco, som var involveret i forskningen. Vi håber, at fremtidige undersøgelser vil afsløre, hvad det er, der gør det muligt for cellerne at inducere denne nye periode med plasticitet.
I undersøgelsen undersøgte forskere et velkendt fænomen, der ses i det visuelle system hos både mus og mennesker, i det, der er kendt som den kritiske udviklingsperiode. Hvis unge dyr fratages visuel input i det ene øje i løbet af denne strækning - omkring 25 til 30 dage gamle i mus - vil deres visuelle systemer omkoble for at maksimere visuel input fra det fungerende øje. Som følge heraf er synet på det andet øje permanent svækket. Cortex siger: 'Jeg får ikke information fra denne side, så vær bare opmærksom på det andet øje', siger Arturo Alvarez-Buylla , også en del af UCSF-teamet. Efter den kritiske periode har det ringe langsigtede indvirkning på synet at fratage det ene øje input.
For at forsøge at finde ud af, hvad der udløser den neurale plasticitet set i denne periode, tog forskerne en bestemt type neuron fra hjernen på føtale mus og podede dem ind i mus, der enten lige var blevet født eller var cirka 10 dage gamle. Disse celler, der er kendt som hæmmende interneuroner, frigiver et kemisk signal, der dæmper naboceller, hvilket gør det sværere for dem at fyre. De transplanterede neuroner, mærket med en fluorescerende markør, begyndte at migrere til deres normale plads i hjernen og skabe forbindelser med residente neuroner.
Musene gennemgik den typiske kritiske periode, omkring 28 dage gamle. Men de transplanterede neuroner så ud til at inducere en anden kritisk periode, som var tidsbestemt til de transplanterede cellers alder snarere end dyrenes alder. Den senere kritiske periode indtraf, når de transplanterede neuroner var omkring 33 til 35 dage gamle, samme alder som residente inhiberende interneuroner under den normale kritiske periode. (Neuronerne opstår i hjernen før fødslen.)
Forskere er endnu ikke sikre på, hvordan cellerne fremkalder denne anden periode med formbarhed. Strykers team og andre havde tidligere vist, at cellernes hæmmende signalering spiller en nøglerolle - den kritiske periode kan forsinkes eller induceres tidligere ved at efterligne cellernes hæmmende virkninger med lægemidler, såsom valium. Men i disse tidligere eksperimenter var det ikke muligt at inducere en anden kritisk periode efter den normale. Når du først har haft det, kan du aldrig få en anden, i det mindste indtil disse transplantationseksperimenter, siger Stryker. Det viser, at der er noget andet end blot den hæmmende [kemikalie] de frigiver, der skal være involveret i denne proces. Forskere planlægger at transplantere forskellige typer af hæmmende neuroner i et forsøg på at finde den specifikke celletype, der er ansvarlig.
Jeg ville elske at se, om den samme slags transplantation virkede i ældre dyr, siger Jianhua Cang , neuroforsker ved Northwestern University i Chicago. Dette arbejde er et betydeligt fremskridt, men hvis man kan gøre det på voksne dyr, ville det være endnu mere bemærkelsesværdigt. Og det åbner mulighed for terapeutisk potentiale. Cang var ikke involveret i den aktuelle forskning, mente, at han tidligere har arbejdet med forfatterne.
Resultaterne kan have vidtrækkende konsekvenser for, hvordan vi tænker om arten af plasticitet i hjernen. Mennesker har en lignende kritisk periode, selvom denne fase hos mennesker er mere forlænget end hos mus. Spædbørn og børn med et dovent øje eller grå stær vil lide permanent synstab, hvis problemet ikke er rettet før omkring otte års alderen, siger Takao Hensch , en neuroforsker ved Children's Hospital Boston, som ikke var involveret i den aktuelle undersøgelse. (Under normal udvikling menes denne periode med plasticitet at være vigtig for at udvikle afbalanceret input fra begge øjne, hvilket er afgørende for kikkertsyn.)
Fænomenet er ikke begrænset til det visuelle system - videnskabsmænd tror, at de fleste dele af cortex gennemgår en lignende periode med øget formbarhed. For eksempel kan børn ikke høre visse lyde efter en bestemt alder. Det klassiske eksempel er børn, der vokser op i Japan, siger Hensch. De mister til sidst evnen til at skelne mellem 'R' og 'L' lyde.
Hvis videnskabsmænd kan finde en kontrolleret måde at udløse plasticitet i bestemte dele af hjernen, ville det åbne nye veje til behandling af en række lidelser. Voksne, der lider af hjerneskade fra slagtilfælde eller hovedtraume, har en vis grad af reorganisering i hjernen - hvilket øger, at plasticitet kan forbedre restitutionen.
Mange psykiatriske sygdomme er anerkendt for at have neuroudviklingsmæssig oprindelse, især mangler i hæmmende kredsløb, siger Hensch. For eksempel kan mange gener forbundet med autisme udløse en ubalance i excitation og hæmning i neural signalering, siger han. Hvis du kan genoprette den ubalance, kan du forestille dig at gribe ind under udviklingen eller senere i livet for at forsøge at genoprette hjernens funktion.
Alligevel er der en lang vej forude. For at anvende denne type celletransplantation til mennesker, ville forskerne først skulle udvikle en pålidelig kilde til de nødvendige celler, måske fra induceret pluripotent stamcelle-omprogrammering. De ville derefter skulle vise, at cellerne sikkert kan transplanteres ind i hjernen. At finde ud af, hvordan man korrekt udnytter den nyfundne plasticitet, udgør en anden hindring. Det er ikke klart, om patienter har brug for en form for specifik træning eller lægemiddelbehandling for korrekt at omorganisere beskadigede neurale kredsløb. For højere kognitive funktioner skal du muligvis træne folk kognitivt i nærvær af plasticitetsforøgende neuroner, siger Hensch.
Ideelt set ville det være rart at finde en måde at lokke [fødslen af nye neuroner i hjernen] gennem nogle farmakologiske eller miljømæssige midler for at få flere af disse hæmmende celler til at dukke op, siger han. Det virker som noget af en udfordring, men denne forskning giver os håb om, at det er værd at prøve.