Новости и мнения

Осложнения мозговых манипуляций

Исследователи показывают, что сложные связи мозга млекопитающих и птиц могут спутать результаты временных нейронных манипуляций.

Acute manipulations of specific brain regions can have strikingly different effects than permanent lesions of the same areas, according to a report in Nature today (December 9). Острые манипуляции с определенными областями головного мозга могут иметь поразительно разные эффекты, чем постоянные поражения тех же областей, согласно отчету в Nature сегодня (9 декабря). Результаты исследования, в ходе которого ученые исследовали специфическое поведение у крыс и певчих птиц, показывают, что временные нервные стимуляции или инактивации могут вызывать нецелевые поведенческие эффекты, которые могут усложнять интерпретацию данных.

«Это документ, который нужно было сделать», – сказал поведенческий нейробиолог Джулио Тонони из Висконсинского университета, который не принимал участия в исследовании. «Работа очень элегантная, очень осторожная, и она показывает то, что можно было бы заподозрить. , , но это никогда не проявлялось так явно: когда мы делаем острые манипуляции с частью мозга, вы можете [также] производить эффекты на расстоянии ».

До появления методов, которые могли бы обратимо изменить функцию клеток головного мозга, таких как оптогенетическая стимуляция и фармакологическая инактивация, большая часть информации о том, как функционировал мозг, была получена из «более чем столетия исследований поражений», сказал Бенс Ольвечки из Гарвардского университета. Эти постоянные изменения в определенных областях мозга показали приблизительную карту того, где и где контролировались функции и поведение организма. Считалось, что переходные изменения могут аналогичным образом выявить специфический для региона контроль, но с более мелкими деталями и большей точностью. Однако работа Ольвецкого показала, что это не всегда так.

Путь к открытию Ольвецкого фактически начался с «неудачного эксперимента», за которым последовал «сюрприз», сказал он. Его команда исследовала, как временная инактивация области моторной коры у крыс влияет на их способность выполнять обученную моторную задачу: дважды нажать рычаг подряд, чтобы получить вознаграждение. Однако во время одной из временных инактиваций, которая включала точную инъекцию ингибитора нейротрансмиттера в кору головного мозга, Ольвецки опасался, что произошло небольшое повреждение ткани мозга. Вместо того, чтобы исключить животное из анализа, Ольвецки провел более обширное постоянное поражение в целевой области и сравнил выполнение задачи этого животного с другими. В то время как крысы с временной инактивацией моторной коры не смогли выполнить задачу по нажатию рычага, крыса с постоянным поражением выполняла задачу как обычно.

«В течение некоторого времени, после того, как я понял, что поражение не дало эффекта, мы были очень разочарованы, потому что это было не то, что мы предположили», – сказал ольвецкий « The Scientist» . «Но потом мы почувствовали, что должны следить за этим».

Поэтому исследователи решили определить, было ли такое несоответствие между постоянными повреждениями и временными манипуляциями более общим явлением. Ранее было показано, что у зябликов поражение области мозга, называемой сенсомоторным интерфейсом ядра, оставляет пение ухаживания птиц нетронутым. Однако когда команда временно инактивировала тот же регион, пение птиц резко ухудшилось.

Команда также показала, что не только временная инактивация региона нарушает выполнение заданий животного, но и транзиторная оптогенетическая стимуляция. Это говорит о том, что после любых временных манипуляций с областью мозга может иметь место острая широко распространенная дисфункция цепи, которая не обязательно отражает прямую функцию области.

По словам Тонони, разница между кратковременной и долгосрочной инактивацией одной и той же области мозга, по-видимому, является экспериментальным эквивалентом клинического явления, называемого диашишозом. Диашиш – это временная потеря функции в одной области мозга, вызванная повреждением другой – или, в экспериментальном плане, нецелевым эффектом. Считается, что это явление объясняет, почему многие из тяжелых симптомов, наблюдаемых, например, во время острой фазы инсульта, могут быстро отступить во время раннего выздоровления. С другой стороны, реальная область, поврежденная инсультом, приведет к длительной или постоянной потере более специфической функции мозга.

Ясно, что «существуют фундаментальные различия между длительными манипуляциями, быстрыми фармакологическими манипуляциями и быстрыми оптогенетическими манипуляциями», – говорит нейробиолог Ив Мардер из Университета Брандейс в Уолтеме, штат Массачусетс, который не участвовал в работе. «Каждая манипуляция имеет свои сильные и слабые стороны и раскрывает различные аспекты функции цепи».

По словам Мардера, в то время как основная идея заключается в том, что ни один из подходов не является идеальным и что все результаты следует интерпретировать осторожно, в будущем наблюдается оптимизм. По ее словам, есть люди, которые тратят много времени и энергии на создание точных карт связи мозга, и «если у вас есть детальный анатомический коннектом и [если] у вас очень хорошо идентифицированные определения типа клеток, все манипуляции будут стать намного более понятным ».

До тех пор, добавила она, «идея заключается в многоплановом подходе».

TM Otchy и соавт., « Острые нецелевые эффекты манипуляций с нейронными контурами », Nature, doi: 10.1038 / nature16442, 2015.

Обсуждение

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