211service.com
Implanterade neuroner låter hjärnan koppla om sig själv igen
Transplantation av fosterneuroner i hjärnan på unga möss öppnar ett nytt fönster om neural plasticitet, eller flexibilitet i hjärnans neurala kretsar. Forskningen, publicerad idag i tidskriften Vetenskap , tyder på att hjärnans förmåga att radikalt anpassa sig till nya situationer kanske inte går förlorad permanent i ungdomen, och hjälper till att lokalisera de faktorer som behövs för att återinföra denna plasticitet.
Flexibel igen: Neuroner transplanterade från ett embryo till hjärnan på en ung mus visas här. Dessa neuroner utlöser en ny period av neural plasticitet i djurens hjärnor.
En bättre förståelse av hjärnans plasticitet skulle en dag kunna peka på nya sätt att behandla hjärnskador och andra neurologiska problem genom att återställa hjärnan till ett yngre, mer formbart tillstånd. [Fynden] avslöjar att det måste finnas en faktor som kan inducera plasticitet i hjärnan, säger Michael Stryker , en neuroforskare vid University of California, San Francisco, som var involverad i forskningen. Vi hoppas att framtida studier kommer att avslöja vad det är som gör att cellerna kan inducera denna nya period av plasticitet.
I studien undersökte forskarna ett välkänt fenomen som ses i synsystemet hos både möss och människor, under vad som kallas den kritiska utvecklingsperioden. Om unga djur berövas visuell input i ett öga under denna sträcka - cirka 25 till 30 dagar gamla i möss - kommer deras visuella system att kopplas om för att maximera visuell input från det fungerande ögat. Som ett resultat är synen på det andra ögat permanent försämrad. Cortex säger: 'Jag får inte information från den här sidan, så var bara uppmärksam på andra ögat', säger Arturo Alvarez-Buylla , också en del av UCSF-teamet. Efter den kritiska perioden har det liten långsiktig inverkan på synen att beröva ett öga input.
För att försöka ta reda på vad som utlöser den neurala plasticiteten som sågs under denna period tog forskarna en specifik typ av neuron från hjärnan på fostermöss och ympade in dem på möss som antingen precis hade fötts eller var ungefär 10 dagar gamla. Kända som hämmande interneuroner släpper dessa celler en kemisk signal som tystar närliggande celler, vilket gör det svårare för dem att avfyra. De transplanterade neuronerna, märkta med en fluorescerande markör, började migrera till sin normala plats i hjärnan och skapa förbindelser med residenta neuroner.
Mössen gick igenom den typiska kritiska perioden, vid cirka 28 dagars ålder. Men de transplanterade neuronerna verkade inducera en andra kritisk period, som var tidsinställd till de transplanterade cellernas ålder snarare än djurens ålder. Den senare kritiska perioden inträffade när de transplanterade neuronerna var cirka 33 till 35 dagar gamla, samma ålder som inhemska hämmande interneuroner under den normala kritiska perioden. (Neuronerna uppstår i hjärnan före födseln.)
Forskare är ännu inte säkra på hur cellerna framkallar denna andra period av formbarhet. Strykers team och andra hade tidigare visat att cellernas hämmande signalering spelar en nyckelroll – den kritiska perioden kan försenas eller induceras tidigare genom att efterlikna de hämmande effekterna av cellerna med läkemedel, som valium. Men i dessa tidigare experiment var det inte möjligt att inducera en andra kritisk period efter den normala. När du väl har haft det, kan du aldrig få en till, åtminstone förrän dessa transplantationsexperiment, säger Stryker. Det visar att det är något annat än bara den hämmande [kemikalien] de släpper ut som måste vara involverad i denna process. Forskare planerar att transplantera olika typer av hämmande neuroner, i ett försök att hitta den specifika celltyp som är ansvarig.
Jag skulle älska att se om samma sorts transplantation fungerade på äldre djur, säger Jianhua Cang , neuroforskare vid Northwestern University, i Chicago. Detta arbete är ett betydande framsteg, men om man kan göra det på vuxna djur skulle det vara ännu mer anmärkningsvärt. Och det öppnar möjligheten för terapeutisk potential. Cang var inte involverad i den aktuella forskningen, trodde att han tidigare har arbetat med författarna.
Fynden kan ha omfattande konsekvenser för hur vi tänker på naturen av plasticitet i hjärnan. Människor har en liknande kritisk period, även om denna fas hos människor är mer utdragen än hos möss. Spädbarn och barn med lat öga eller grå starr kommer att drabbas av permanent synförlust om problemet inte åtgärdas före ungefär åtta års ålder, säger Takao Hensch , en neuroforskare vid Children's Hospital Boston, som inte var involverad i den aktuella studien. (Under normal utveckling anses denna period av plasticitet vara viktig för att utveckla balanserad input från båda ögonen, vilket är avgörande för binokulär syn.)
Fenomenet är inte begränsat till det visuella systemet - forskare tror att de flesta delar av cortex genomgår en liknande period av ökad formbarhet. Till exempel misslyckas barn med att höra vissa ljud efter en viss ålder. Det klassiska exemplet är barn som växer upp i Japan, säger Hensch. De förlorar så småningom förmågan att skilja mellan 'R' och 'L' ljud.
Om forskare kan hitta ett kontrollerat sätt att utlösa plasticitet i specifika delar av hjärnan, skulle det öppna nya vägar för behandling av en mängd olika åkommor. Vuxna som lider av hjärnskador av stroke eller huvudtrauma har en viss omorganisering i hjärnan – vilket förstärker att plasticitet kan förbättra återhämtningen.
Många psykiatriska sjukdomar anses ha neuroutvecklingsmässigt ursprung, i synnerhet brister i hämmande kretsar, säger Hensch. Till exempel kan många gener kopplade till autism utlösa en obalans i excitation och hämning i neurala signaler, säger han. Om du kan återställa den obalansen kan du tänka dig att ingripa under utvecklingen eller senare i livet för att försöka återställa hjärnans funktion.
Ändå väntar en lång väg. För att tillämpa denna typ av celltransplantation på människor skulle forskare först behöva utveckla en pålitlig källa för de nödvändiga cellerna, kanske från inducerad pluripotent stamcellsomprogrammering. De skulle då behöva visa att cellerna säkert kan transplanteras in i hjärnan. Att ta reda på hur man korrekt kan dra nytta av den nyfunna plasticiteten utgör ett annat hinder. Det är inte klart om patienter skulle behöva någon form av specifik utbildning eller läkemedelsbehandling för att korrekt omorganisera skadade neurala kretsar. För högre kognitiva funktioner kan du behöva träna människor kognitivt i närvaro av plasticitetsförbättrande neuroner, säger Hensch.
Helst skulle det vara trevligt att hitta ett sätt att övertala [födelsen av nya neuroner i hjärnan] genom några farmakologiska eller miljömässiga metoder för att få fler av dessa hämmande celler att dyka upp, säger han. Det verkar vara en ganska utmaning, men den här forskningen ger oss hopp om att det är värt att prova.