Болезнь Альцгеймера и шизофрения — одни из самых распространённых расстройств мозга, они связаны с проблемами в клетках, содержащих белок под названием парвальбумин. Содержащие парвальбумин клетки составляют почти десятую часть мозга, тем не менее, о том, за что они отвечают, известно относительно мало. Стимулируя мозг мышей с помощью лазеров, исследователи узнали много интересного о работе этих клеток.
Исследователи из лаборатории доктора Адама К. Бауэра (Adam Q. Bauer) в Вашингтонском университете в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis) открыли изменения в объёме крови и её циркуляции, после того, как были простимулированы содержащие парвальбумин клетки. Техника, которую они использовали, основывается на исследовании специально выведенных мышей, мозг которых можно стимулировать с помощью лазерных импульсов.
Одни из основных типов клеток торможения, клетки с экспрессией парвальбумина, ответственны за то, чтобы поддерживать синхронность непрерывных сигналов мозга. Так как развитие нервной сиУниверситете Вашингтона стемы зависит от того, что нервы постоянно действуют согласованно друг с другом в течение долгого времени, было установлено, что нейронная согласованность является важной частью при регулировании связей между клетками мозга, позволяющая им нормально развиваться.
Техника стимулирования мозга сигналами света, оптогенетика, позволила понять некоторые аспекты работы мозга, включая то, как он отвечает на страх или обрабатывает данные обоняния, а также что является причиной того, что люди становятся зависимыми от наркотиков.
«Оптогенетика — подходящая, менее инвазивная и воспроизводимая методика, — говорит Джунхёк Ли (Joonhyuk Lee), один из исследователей. — И наиболее непосредственная. При этом нет необходимости вставлять зонд в мозг мыши, ничего подобного».
Выведенные мыши вырабатывали специальный светочувствительный белок, под названием канальный родопсин. Изначально, канальный родопсин был найден в водорослях, учёные научились использовать его для того, чтобы выбрать, какую часть мозга мыши отключить. Прикосновение к участку мозга мыши цветным лазером позволяет активировать желаемую нейронную цепочку.
Исследователи вывели для сравнения мышей с канальным родопсином, прикреплённым к нейронам с экспрессией парвальбумина, и мышей с канальным родопсином на клетках возбуждения, с экспрессией Thy1, белка, принадлежащего группе фотопротеинов и имеющего практическое значение для диагностики опухолей. Каждой группе стимулировали мозг лазерами и сопоставляли полученные результаты.
При стимуляции большинства нейронов, как говорит Ли, мозг обеспечивает их кровью и кислородом. Так произошло с клетками возбуждения с Thy1, но результаты исследований относительно объёма крови и её течения, показали обратную реакцию на стимуляцию клеток с экспрессией парвальбумина.
«Как активность в определённых нейронных совокупностях связана с локальными изменениями в кровотоке — особенно важно для понимания того, как мозг регулирует кровоснабжение», — говорит Ли.
Учёные пришли к выводу, что клетки с экспрессией парвальбумина, могут оттягивать и регулировать кровоснабжение в тех областях, где они активируются.
Исследователи измерили уровень крови и кислорода, наблюдая процессы в мозге с помощью лазерной контрастной спекл-интерферометрии.
Когда учёные коснулись мышиных вибрисс (сигналы с вибрисс очень быстро поступают в мозг), Ли и его коллеги обнаружили, что клетки с содержанием парвальбумина могут разлагаться в присутствии крови и кислорода, если они возбуждены. Также исследователи проводили замеры в различных участках мозга и обнаружили, что такие клетки могут помогать передавать сообщения в отдалённые уголки мозга, изменяя кровоток в нём.
«Мы и правда не ожидали, что активация нейронов приведёт к снижению локального кровотока и объёма крови, — говорит Ли. — Тем более нас удивил факт наблюдения подобной гемодинамической активности в более отдалённых областях мозга, хотя это может быть и косвенным воздействием».
В заключение Ли отметил, что надеется, что результаты помогут лучше понять роль парвальбумина в нервно-сосудистой системе и улучшат представление о том, как он влияет на развитие мозга и формирование неврологических расстройств.