Ученые из Калифорнийского университета в Ирвине обнаружили, что повреждение одной части мозга изменяет связи между нервными клетками во всем мозге. Новое исследование было опубликовано на этой неделе в Nature Communications.

Каждый год в Соединенных Штатах почти два миллиона американцев получают черепно-мозговую травму (ЧМТ). Выжившие могут жить с физическими, когнитивными и эмоциональными нарушениями на протяжении всей жизни. В настоящее время лечения нет.

Одной из самых больших проблем для нейробиологов было полное понимание того, как ЧМТ изменяет перекрестные помехи между различными клетками и областями мозга .

В новом исследовании исследователи улучшили процесс под названием iDISCO, в котором используются растворители, чтобы сделать биологические образцы прозрачными. Процесс оставляет после себя полностью неповрежденный мозг, который можно осветить лазером и отобразить в 3D с помощью специализированных микроскопов.

Благодаря усовершенствованным процессам очистки мозга команда UCI нанесла на карту нейронные связи по всему мозгу. Исследователи сосредоточились на связях с тормозными нейронами , потому что эти нейроны чрезвычайно уязвимы для смерти после черепно- мозговой травмы . Команда сначала рассмотрела гиппокамп, область мозга, отвечающую за обучение и память. Затем они исследовали префронтальную кору — область мозга, которая работает вместе с гиппокампом. В обоих случаях визуализация показала, что тормозные нейроны получают намного больше связей с соседними нервными клетками после ЧМТ, но они становятся отсоединенными от остального мозга.

«Мы давно знаем, что связь между различными клетками мозга может очень сильно измениться после травмы», — сказал Роберт Хант, доктор философии, доцент кафедры анатомии и нейробиологии и директор Исследовательского центра эпилепсии в школе UCI. Медицинского работника, чья лаборатория провела исследование: «Но до сих пор мы не могли увидеть, что происходит во всем мозге».

Чтобы поближе изучить поврежденные мозговые связи, Хант и его команда разработали метод обращения процедуры очистки и исследования мозга с помощью традиционных анатомических подходов.

Результаты неожиданно показали, что длинные отростки отдаленных нервных клеток все еще присутствовали в поврежденном мозгу, но они больше не образовывали связей с тормозными нейронами.

«Похоже, что весь мозг тщательно перестраивается, чтобы приспособиться к повреждению, независимо от того, была ли прямая травма в этой области или нет», — объяснила Алекса Тиерно, аспирант и соавтор исследования. «Но разные части мозга, вероятно, не работают вместе так хорошо, как до травмы».

Затем исследователи хотели определить, возможно ли повторное соединение тормозных нейронов с отдаленными областями мозга . Чтобы выяснить это, Хант и его команда пересадили новые интернейроны в поврежденный гиппокамп и нанесли на карту их соединения, основываясь на более раннем исследовании группы, демонстрирующем, что трансплантация интернейронов может улучшить память и остановить судороги у мышей с ЧМТ.

Новые нейроны получили соответствующие соединения со всего мозга. Хотя это может означать, что можно побудить поврежденный мозг восстановить эти потерянные связи самостоятельно, Хант сказал, что изучение того, как трансплантированные интернейроны интегрируются в поврежденные мозговые цепи, имеет важное значение для любой будущей попытки использовать эти клетки для восстановления мозга.

«Наше исследование является очень важным дополнением к нашему пониманию того, как ингибиторные предшественники могут однажды быть использованы терапевтически для лечения ЧМТ, эпилепсии или других заболеваний головного мозга», — сказал Хант. «Некоторые люди предполагают, что трансплантация интернейронов может омолаживать мозг, высвобождая неизвестные вещества для повышения врожденной регенеративной способности, но мы обнаруживаем, что новые нейроны действительно жестко связаны с мозгом».

Хант надеется в конечном итоге разработать клеточную терапию для людей с ЧМТ и эпилепсией. В настоящее время команда UCI повторяет эксперименты с использованием тормозных нейронов, полученных из стволовых клеток человека .

«Эта работа приближает нас на один шаг к будущей клеточной терапии для людей, — сказал Хант. — Понимание видов пластичности, возникающих после травмы , поможет нам восстановить поврежденный мозг с очень высокой степенью точности. очень важно, чтобы мы шаг за шагом продвигались к этой цели, а это требует времени».