Обранужена новая функция гиппокампа

Исследовательская группа, возглавляемая профессором Лам Ву (Lam Woo) биомедицинской инженерии департамента электротехники и электроники Университета Гонконга сделала большой прорыв в раскрытии тайн головного мозга, чтобы выявить функции важного гиппокампа, ранее не известных ученым.

Выводы были недавно опубликованы в престижном международном академическом журнале «Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки» (PNAS) в августе 2017 года.

Гиппокамп, расположенный под корой, играет важную роль в области памяти и навигации. Было доказано, что болезнь Альцгеймера и другие формы деменции затрагивают и повреждают эту область мозга, что приводит к ранним симптомам, включая кратковременную потерю памяти и дезориентацию. Люди с повреждением гиппокампа могут потерять способность формировать и сохранять новые воспоминания. Он также тесно связан с другими заболеваниями, такими как эпилепсия, шизофрения, преходящая глобальная амнезия и посттравматическое стрессовое расстройство.

Однако роль гиппокампа в сложных сетях головного мозга, особенно его влияние на функциональную связность мозга, не совсем понятна ученым. Функциональная связь относится к функциональной интеграции между пространственно разделенными областями мозга.

Эксперименты с грызунами, проведенные группой профессора Ву, показали, что низкочастотные активности в гиппокампе могут управлять функциональной связностью в коре головного мозга и усиливать сенсорные реакции. Кора головного мозга является самой большой областью мозга млекопитающих и играет ключевую роль в памяти, внимании, восприятии, познании, осознании, мышлении, языке и сознании. Другими словами, низкочастотные активности гиппокампа могут стимулировать функциональную интеграцию между различными областями коры головного мозга и повышать чувствительность зрения, слуха и прикосновения. Эти результаты показали, что гиппокамп можно рассматривать как сердце мозга, прорыв в наших знаниях о том, как работает мозг.

Кроме того, эти результаты также предполагают, что низкочастотные активности в гиппокампе могут улучшить обучение и память, поскольку низкочастотные действия обычно происходят во время медленного сна, что связано с обучением и памятью. Медленный сон, часто называемый глубоким сном, — это состояние, которое мы обычно вводим несколько раз каждую ночь и необходимо для выживания. Болезнь Альцгеймера — хроническое нейродегенеративное заболевание, которое обычно начинается медленно и ухудшается с течением времени, а наиболее распространенным ранним симптомом является потеря памяти. Эти результаты могут также иметь потенциальные терапевтические последствия нейромодуляции гиппокампа при болезни Альцгеймера.

Эти выводы являются важным шагом в содействии нашему фундаментальному пониманию происхождения и ролей функциональной связности всего мозга. Эти результаты также указывают на потенциал rsfMRI и нейромодуляции для ранней диагностики и расширенного лечения заболеваний головного мозга, включая болезнь Альцгеймера, деменцию, эпилепсию, шизофрению, преходящую глобальную амнезию и посттравматическое стрессовое расстройство.
Команда профессора Ву является одной из ведущих в мире групп по исследованию функциональных магнитно-резонансных изображений (fMRI), в частности, при исследовании слуховых и зрительных функций, структурной и функциональной связности мозга. Используемые ими новаторские технологии включают использование активации оптогенетики, фармакологическую инактивацию и fMRI, чтобы служить важным инструментом для исследования динамики распространения опухоли головного мозга, а также происхождения и роли функциональной связи мозга.

Человеческий мозг является источником наших мыслей, эмоций, восприятия, действий и воспоминаний. Однако, как работает мозг, нам до сих пор в значительной степени неизвестно. Одной из великих задач для нейронауки в XXI веке является достижение комплексного понимания широкомасштабных взаимодействий мозга, в частности моделей нейронных действий, которые вызывают движение и поведение. В 2010 году Национальный институт здравоохранения (NIH) в США запустил проект Human Connectome, целью которого является «обеспечить беспрецедентную компиляцию нейронных данных, интерфейс для графического перемещения этих данных и возможность достичь никогда прежде не реализованных выводов о функционировании человеческого мозга». В 2013 году администрация Обамы в США запустила Инициативу BRAIN «ускорить разработку и применение новых технологий, которые позволят исследователям производить динамические снимки мозга, которые показывают, как отдельные мозговые клетки и сложные нейронные цепи взаимодействуют со скоростью мысли . «В ноябре 2016 года Китай начал свою собственную инициативу «Китайский мозговой проект», целью которой является продвижение фундаментальных исследований механизмов нейронных схем, лежащих в основе познания, в надежде улучшить диагностику заболеваний головного мозга и стимулировать развитие интеллектуальных технологий.

Основные результаты исследований

Основываясь на существующих знаниях, можно предположить, что гиппокамп преимущественно генерирует высокочастотные активности, и эта деятельность в основном ограничена гиппокампом. Однако в этом исследовании низкочастотное оптогенетическое возбуждение дорсальной зубчатой ​​извилины, субрегиона гиппокампа, вызвало кортикальные и подкорковые действия, которые выходят за пределы гиппокампа. Кроме того, эта низкочастотная стимуляция улучшала функциональную связность всего мозга в двустороннем гиппокампе, зрительной коре, слуховой коре и соматосенсорной коре. Между тем, фармакологическая инактивация гиппокампа уменьшила функциональность соединения мозга. Кроме того, визуально вызванные ответы в визуальных областях также увеличивались во время и после такой низкочастотной стимуляции гиппокампа. Вместе эти экспериментальные результаты подчеркивают роль низкочастотной активности, распространяющейся по пути гиппокамп-кортикал, в частности ее вклад в функциональную связность мозга и улучшение сенсорных функций.

Человеческий мозг составляет всего 2% от общей массы тела, но он потребляет около 20% от общего потребления энергии в организме. Несмотря на свою важность, он является одним из наименее понятных органов тела. Выводы исследовательской группы продвинули наше фундаментальное понимание происхождения и ролей функциональной связи мозга.

Оптогенетическая и фармакологическая функциональная магнитно-резонансная томография, появляющаяся интегрированная техника, использованная командой профессора Ву, состоит из оптиогенетики, фармакологической нейромодуляции и функциональной магнитно-резонансной томографии (fMRI). Оптогенетика — это метод нейромодуляции, который использует комбинацию методов оптики и генетики для контроля активности отдельных нейронов в живых тканях. Фармакологическая нейромодуляция использует препараты для манипулирования действиями нейронов. fMRI — широкомасштабная неинвазивная техника визуализации для обнаружения активации мозга. Исследователи могут использовать fMRI для визуализации всей активности мозга в ответ на различные оптико-стимулирующие и фармакологические манипуляции. Синергетическое сочетание трех технологий имеет огромный потенциал для того, чтобы зародить новый век междисциплинарных исследований, чтобы продвинуть наше понимание мозга.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *