Как развивающийся мозг собирается и организуется?

Jul 30, 2023

Области мозга, отмеченные различными моделями активности очень рано, показывают исследования сумчатых

Автор: Тамара Бхандари • 29 августа, 2023 г.

Линда Ричардс, доктор философии, (под микроскопом) заведующая кафедрой нейронаук Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, недавно опубликовала исследование, описывающее некоторые из самых ранних событий в развитии мозга. Полученные результаты закладывают основу для понимания причин заболеваний головного мозга, таких как эпилепсия, аутизм и умственная отсталость.

Младенцы рождаются с мозгом, заранее организованным в области, отвечающие за движение, зрение, слух и другие функции, — важнейшую инфраструктуру, которая позволяет им начать познавать мир с момента первого вдоха. Но мало что известно о том, как устроена архитектура мозга, из-за сложностей, связанных с изучением развития мозга до рождения.

Взгляните на толстохвостых даннартов, мышевидных сумчатых, которые рождаются всего через 13 дней беременности, а мозг у них еще практически не сформирован. Наблюдая за развитием мозга детенышей Даннарта, когда они взрослели в сумках своих матерей, исследователи из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе получили представление о том, как внешняя поверхность мозга, известная как кора, организует и структурирует себя. важнейший процесс, который до сих пор был практически непроницаем для научных исследований. Понимание того, как обычно возникает структура мозга, может дать важные подсказки о том, почему и как этот процесс иногда идет наперекосяк, приводя к неврологическим расстройствам.

Исследование доступно онлайн в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Даже когда кора головного мозга все еще формируется, в различных функциональных областях мозга возникают различные модели активности», — сказала старший автор Линда Дж. Ричардс, доктор философии, профессор нейробиологии Эдисона и руководитель отдела нейробиологии. «Эти закономерности могут иметь решающее значение для установления связей между различными областями мозга. Нам хотелось бы знать, как в мозгу развивается структурная активность и что происходит, когда что-то идет не так. Как изменения в шаблонной активности нарушают работу мозговых цепей и какие последствия это может иметь для таких состояний мозга, как эпилепсия или аутизм?»

Развитие нервной системы у млекопитающих, в том числе у человека, начинается с появления в первые недели после зачатия так называемой нервной трубки. Один конец нервной трубки отрастает в мозг; другой удлиняется в спинной мозг. В течение нескольких недель клетки внешней поверхности зарождающегося мозга организуются в кору головного мозга — смятую внешнюю поверхность мозга, отвечающую за память, мышление, обучение, восприятие и эмоции. Даннарт рождается сразу после формирования нервной трубки, поэтому кора его головного мозга развивается, пока он находится в сумке матери. У людей кора головного мозга начинает формироваться примерно через пять недель после зачатия и продолжает развиваться до второго триместра беременности.

Наряду с Ричардсом в исследовательскую группу входили соавтор Джеффри Дж. Гудхилл, доктор философии, профессор биологии развития и нейробиологии Медицинской школы; а также соавторы Родриго Суарес, доктор философии, Тобиас Блютт и Майкл Х. Маккалоу, доктор философии, все из которых работали в Университете Квинсленда в Австралии, когда было проведено первоначальное исследование.

Когда нейроны активны, уровень кальция внутри клеток повышается. Чтобы отслеживать активность нейронов в мозгу малышей, исследователи использовали флуоресцентный индикатор, который светился при повышении уровня кальция. Они обнаружили, что паттерны активности возникают очень рано, даже когда новые нейроны еще формируются, а шестислойная структура коры головного мозга все еще находится в стадии формирования.

«С самого начала вы начинаете проявлять некоторую активность, которая не имеет какой-либо закономерности, но как только вы видите закономерности, они различны в соматосенсорной и зрительной областях мозга». - сказал Ричардс.

Отчетливые модели активности возникают примерно в то же время, когда устанавливаются связи между корой и таламусом — яйцеобразной структурой в середине мозга, которая передает моторные и сенсорные сигналы в кору. По словам Ричардса, сейчас исследователи проводят дальнейшие исследования, изучающие роль таламуса в развитии коры головного мозга.