Впервые группа исследователей из Института нейронаук (IN), совместного центра Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Университета Мигеля Эрнандеса в Эльче (UMH), реконструировала, как мозжечок устанавливает связи с остальной частью мозга на самых ранних этапах жизни.

В работе, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , подробно описаны фазы, в течение которых эти нейронные связи возникают, расширяются и совершенствуются, и представлена ​​первая всеобъемлющая карта развития проекций мозжечка в головном мозге мыши.

Хотя мозжечок традиционно ассоциируется с контролем движений, всё больше данных свидетельствует о том, что он также играет роль в таких процессах, как регуляция эмоций , социальное поведение и другие когнитивные функции. Однако до сих пор точно не было известно, когда именно он начинает взаимодействовать с другими областями мозга, а это взаимодействие имеет фундаментальное значение для выполнения этих функций мозжечка. Этот пробел послужил стимулом для работы группы «Развитие, структура и функции мозжечковых цепей» под руководством Хуана Антонио Морено Браво в IN.

Три ключевых этапа
Исследовательская группа показала, что пути, соединяющие мозжечок с другими областями мозга, развиваются по строго организованной схеме.

«Мы заметили, что проекции мозжечка начинают формироваться очень рано, еще в эмбриональном периоде, когда первые аксоны начинают соединяться со своими целевыми областями», — объясняет Морено Браво. Затем эти связи быстро и массивно расширяются, сопровождая интенсивный рост мозга, происходящий на этих ранних стадиях.

Наконец, в течение первых недель после рождения происходит период уточнения нейронных связей, в ходе которого формируются окончательные соединения.

«Эта поэтапная последовательность позволила нам точно определить периоды, когда мозжечок может начать влиять на другие области мозга, даже находясь еще на незрелой стадии развития. Эти ранние периоды представляют собой крайне важные окна для понимания того, как мозг формирует свою внутреннюю архитектуру», — добавляет исследователь.

Эта работа стала возможной благодаря сочетанию передовых генетических инструментов и методов трехмерной визуализации всего головного мозга. Используя специфические флуоресцентные маркеры, исследователи пометили различные нейроны глубоких ядер мозжечка, основного выходного пути мозжечка. Затем они применили передовые методы просветления тканей и микроскопии для визуализации аксонов в трех измерениях и отслеживания их траектории от места происхождения до целевых областей.

«Увидеть эти проекции в 3D, то, как они возникают в эмбрионе и распространяются по всему мозгу, было поистине захватывающе», — говорит Ракель Мурсия Рамон, первый автор исследования. «Многие из этих связей никогда ранее не наблюдались с такой точностью, и возможность наблюдать за их эволюцией во времени позволила нам реконструировать полную историю развития этих нейронных цепей».

Помимо детального картирования, результаты указывают на более широкую идею: мозжечок может играть гораздо более раннюю и влиятельную роль в формировании развивающегося мозга, чем считалось ранее.

«Традиционно считалось, что мозжечок созревает поздно и что его участие в сложных функциях проявляется постепенно и только на более поздних стадиях. Наша работа предполагает обратное: мозжечок начинает формировать свою нейронную сеть очень рано и, возможно, уже на начальных этапах развития активно участвует в формировании цепей в других областях мозга», — объясняет Морено Браво.

По его мнению, такая точка зрения «может помочь нам переосмыслить роль мозжечка в развитии, рассматривая его не как поздний модулятор движений, а как ранний узел, способствующий формированию более широких нейронных сетей головного мозга».

Карта, созданная командой IN CSIC-UMH, представляет собой справочный инструмент для понимания того, как формируется структура связей мозжечка с самого начала жизни. Кроме того, она предоставляет подробную временную шкалу для исследования того, как ранний опыт, генетические факторы или условия окружающей среды могут изменять развивающийся мозжечок и, следовательно, нейронные сети, с которыми он связан.

«Эта работа закладывает основу для изучения не только того, как мозжечок способствует типичному развитию мозга, но и того, как изменения в мозжечке могут приводить к патологическим состояниям, в том числе к некоторым, связанным с нейро developmental disorders», — отмечают исследователи.