Регенерация миелина у пациентов

Университет Королевы. В Белфасте ученые обнаружили, что определенные клетки иммунной системы являются ключевыми игроками в восстановлении мозга — фундаментальный прорыв, который может революционизировать лечение изнурительных неврологических расстройств, таких как рассеянный склероз (РС).

Исследование, проведенное под руководством доктора Ивонн Домбровски и д-ра Дениз Фицджеральд в Институте экспериментальной медицины имени Велкола-Вулфсона в Королевском университете Белфаста, приветствуется как знаковое исследование, раскрывающее тайны восстановления мозга. Это имеет решающее значение в борьбе с РС, которое затрагивает 2,3 миллиона человек во всем мире и более 4500 человек в Северной Ирландии.

МС является наиболее распространенным неврологическим заболеванием, поражающим молодых людей, и является результатом повреждения миелина, защитной оболочки, окружающей нервные волокна центральной нервной системы — головного мозга, спинного мозга и зрительного нерва. В MS иммунная система ошибочно атакует миелиновую оболочку, закрывающую нервные волокна в головном и спинном мозге, что может приводить к таким симптомам, как потеря зрения, боль, усталость и паралич.

До сих пор медицинское лечение могло ограничить рецидивы, но не смогло полностью устранить ущерб, уже причиненный заболеванием. Увлекательным аспектом этого нового исследования является то, что команда обнаружила положительные эффекты иммунных клеток при восстановлении миелина, которые имеют потенциал для отмены повреждения миелина. Исследование проводилось в рамках международного сотрудничества, включая экспертов в Кембридже, Сан-Франциско, Эдинбурге, Мейнуте и Ницце.

Прорыв в исследовании, который был опубликован в Nature Neuroscience, показывает, что белок, создаваемый некоторыми клетками в иммунной системе, запускает стволовые клетки мозга в зрелые олигодендроциты, восстанавливающие миелин.

Открытие означает, что исследователи теперь могут использовать эти новые знания для разработки лекарств, которые будут стимулировать эти конкретные клетки и разработать совершенно новый класс лечения в будущем.

Говоря о важности нового исследования, д-р Домбровски, который является ведущим автором отчета, пояснил: «В Queen’s мы используем уникальный и свежий подход, чтобы выявить, как иммунная система управляет восстановлением мозга. Эти знания необходимы для проектирования Которые в будущем будут применяться для лечения неврологических заболеваний, таких как MS, — починить ущерб, а не только уменьшить количество атак. В будущем комбинирование этих подходов обеспечит лучшие результаты для пациентов ».

Старший автор исследования, д-р Дениз Фицджеральд из Queen’s, испытывала состояние, подобное MS, называемое поперечным миелитом, когда ей было 21, и ей пришлось учиться ходить снова.

Комментируя результаты, д-р Фицджеральд сказал: «Это новаторское исследование под руководством нашей команды в Queen’s — это захватывающее сотрудничество ведущих ученых из разных дисциплин в Кембридже, Сан-Франциско, Эдинбурге, Мейнуте и Ницце. Именно благодаря объединению этих экспертов От иммунологии, неврологии и биологии стволовых клеток, что мы смогли сделать это знаковое открытие.

«Это важный шаг вперед в понимании того, как естественным образом восстанавливается мозг и спинной мозг, и открывает новый терапевтический потенциал для регенерации миелина у пациентов. Мы продолжаем работать вместе, чтобы продвигать знания и расширять границы научных знаний в интересах пациентов» И общество, стремясь изменить жизнь к лучшему, по всему миру ».

Доктор Соррель Бикли (Dr. Sorrel Bickley), руководитель отдела биомедицинских исследований в MS Society, сказал: «MS — непредсказуемое и сложное условие, и мы полны решимости продвигать вперед исследования, чтобы найти эффективные методы лечения для всех. Это захватывающее исследование дает нам важное понимание того, как миелин Мы можем приветствовать это международное сотрудничество во главе с Северной Ирландией, где показатели РС являются одними из самых высоких в мире ».

Реклама

Врожденное поведение и инстинкт

Некоторые виды поведения — зевота и царапины, например — социально заразны, то есть, если один человек делает это, другие, вероятно, последуют этому примеру. Теперь, исследователи из Вашингтонской университетской школы медицины в Сент-Луисе обнаружили, что социально заразный зуд жестко связан с мозгом.

Изучая мышей, ученые определили, что происходит в мозге, когда мышь ощущает зуд, увидев еще одну царапину мыши. Открытие может помочь ученым понять нервные цепи, которые контролируют социально заразное поведение.

Исследование опубликовано 10 марта в журнале Science.

«Зуд очень заразен, — сказал главный исследователь Чжоу-Фэн Чэнь, доктор философии, директор Вашингтонского университетского центра по изучению зуда. «Иногда даже упоминание зуда вызывает у кого-то царапину. Многие люди думали, что это все в уме, но наши эксперименты показывают, что это жесткое поведение и не является формой эмпатии».

Для этого исследования команда Чена поместила мышь в корпус с экраном компьютера. Затем исследователи воспроизвели видео, которое показало еще одну царапанье мыши.

«Через несколько секунд мышь в корпусе начнет царапаться, — сказал Чэнь. «Это было очень удивительно, потому что мыши известны своим плохим зрением. Они используют запах и прикосновение, чтобы исследовать области, поэтому мы не знали, заметит ли мышь видео. Он не только видел видео, но и мог сказать, что Мышь в видео царапалась «.

Далее исследователи определили структуру, называемую супрахиазматическим ядром (SCN), область мозга, которая контролирует, когда животные засыпают или просыпаются. SCN был очень активен после того, как мышь смотрела видео царапающей мыши.

Когда мышь увидела, что другие мыши царапают — на видео, и когда их помещают рядом с царапающими однопометниками, SCN мозга выделяет химическое вещество, называемое GRP (гастрин-высвобождающий пептид). В 2007 году команда Чена определила GRP как ключевой передатчик сигналов зуда между кожей и спинным мозгом.

«Мышь не видит другой царапины для мыши, а затем думает, что ей также может понадобиться поцарапать», — сказал Чэнь. «Вместо этого, его мозг начинает посылать сигналы зуда, используя GRP в качестве мессенджера».

Команда Чена также использовала различные методы, чтобы блокировать ВРП или рецептор, который она связывает с нейронами. Мыши, у которых GRP или рецептор GRP были заблокированы в SCN-области мозга, не поцарапались, когда увидели, что другие царапают. Но они сохраняли способность нормально чесать, когда подвергались воздействию зудящих веществ.

Чен считает, что заразное поведение зуда, которым занимаются мыши, является чем-то, что животные не могут контролировать.

«Это врожденное поведение и инстинкт, — сказал он. «Мы смогли показать, что для опосредования этого конкретного поведения необходимо всего лишь одно химическое вещество и один рецептор. В следующий раз, когда вы царапаете или зеваете в ответ на то, что кто-то другой делает это, помните, что это действительно не выбор, Ответ, он зашифрован в ваш мозг.

Эта работа была поддержана Национальным институтом по борьбе со злоупотреблением наркотиками, Национальным институтом артрита и заболеваний опорно-двигательного аппарата и кожных заболеваний и Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта национальных институтов здравоохранения (NIH), номера грантов: 1R01 AR056318-06, R21 NS088861-01A1, R01 NS 094344, R01 DA037261-01A1, R56 AR064292-01A1, 5T32 DA007261-23. Дополнительная поддержка была оказана W.M. Keck Fellowship, Центр вирусных векторов Центра надежды в Школе медицины Университета Вашингтона, Лаборатория M.R. Bruchas.

Лечение неврологических расстройств

Новое исследование UCLA может изменить понимание учеными того, как работает мозг, — и это может привести к новым подходам к лечению неврологических расстройств и разработке компьютеров, которые «думают» больше как люди.

Основное внимание в исследовании уделялось структуре и функции дендритов, которые являются компонентами нейронов, нервных клеток в головном мозге. Нейроны большие, древовидные структуры, состоящие из тела, сомы, с многочисленными ветвями, называемыми дендритами, простирающимися наружу. Сома генерирует короткие электрические импульсы, называемые «спайками», для того, чтобы соединяться и общаться друг с другом. Ученые в целом полагали, что соматические шипы активируют дендриты, которые пассивно посылают токи в сомы других нейронов, но это никогда не подвергалось прямым испытаниям. Этот процесс является основой для формирования и хранения воспоминаний.

Ученые считают, что это была основная роль дендритов.

Но команда UCLA обнаружила, что дендриты — это не просто пассивные каналы. Их исследование показало, что дендриты являются электрически активными в животных, которые передвигаются свободно, создавая почти в 10 раз больше шипов, чем сомы. Находка бросает вызов давней вере в то, что спайки в соме являются основным способом восприятия, обучения и формирования памяти.

«Дендриты составляют более 90 процентов нервной ткани, — говорит нейрофизик UCLA Майанк Мехта, старший автор исследования. «Зная, что они гораздо более активны, чем сома, коренным образом меняет характер нашего понимания того, как мозг вычисляет информацию. Это может проложить путь к пониманию и лечению неврологических расстройств, а также к разработке компьютеров типа мозга».

Исследование опубликовано в выпуске журнала Science за 9 марта.

Ученые в целом считали, что дендриты смиренно посылали токи, которые они получали от синапса клетки (соединение двух нейронов) с сомой, что в свою очередь порождало электрический импульс. Считалось, что эти короткие электрические всплески, известные как соматические спайки, лежат в основе нейронных вычислений и обучения. Но новое исследование показало, что дендриты генерируют свои собственные всплески в 10 раз чаще, чем сомы.

Исследователи также обнаружили, что дендриты вызывают большие колебания напряжения в дополнение к шипам; Всплески являются бинарными событиями «все или ничего». Сомы генерировали только всплески «все или ничего», как это делают цифровые компьютеры. В дополнение к созданию подобных пичков, дендриты также генерировали большие, медленно меняющиеся напряжения, которые были даже больше, чем пики, что указывает на то, что дендриты выполняют аналоговые вычисления.

«Мы обнаружили, что дендриты являются гибридами, которые выполняют как аналоговые, так и цифровые вычисления, которые, следовательно, принципиально отличаются от чисто цифровых компьютеров, но в некоторой степени аналогичны квантовым компьютерам, которые являются аналоговыми», сказал Мехта, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, неврологии и Нейробиологии. «Основополагающая вера в нейронауку заключается в том, что нейроны — это цифровые устройства, которые либо генерируют всплеск, либо нет. Эти результаты показывают, что дендриты ведут себя не просто как цифровое устройство. Дендриты действительно генерируют цифровые всесопротивления, но Они также показывают большие аналоговые колебания, которые не все или ничто. Это — главный отход от того, что неврологи верили приблизительно в течение 60 лет. »

Поскольку дендриты почти в 100 раз больше по объему, чем нейронные центры, сказал Мехта, большое количество дендритных спайков может означать, что мозг имеет более чем в 100 раз большую вычислительную мощность, чем считалось ранее.

Недавние исследования в срезах головного мозга показали, что дендриты могут генерировать шипы. Но не было ни ясно, что это может произойти во время естественного поведения, и как часто. Измерение электрической активности дендритов при естественном поведении долгое время было проблемой, потому что они такие тонкие: в исследованиях с лабораторными крысами ученые обнаружили, что размещение электродов в самих дендритах во время движения животных действительно убило эти клетки. Но команда UCLA разработала новую методику, которая заключается в размещении электродов вблизи дендритов, а не в них.

Используя этот подход, ученые измерили активность дендритов в течение четырех дней у крыс, которым было разрешено свободно перемещаться внутри большого лабиринта. Проводя измерения из задней теменной коры, той части мозга, которая играет ключевую роль в планировании движения, исследователи обнаружили гораздо большую активность в дендритах, чем в сомах — примерно в пять раз больше шипов, пока крысы спали, и До 10 раз больше, когда они исследовали.

«Многие предшествующие модели предполагают, что обучение происходит, когда клеточные тела двух нейронов активны одновременно», — сказал Джейсон Мур, научный сотрудник UCLA и первый автор исследования. «Наши результаты показывают, что обучение может происходить, когда входной нейрон активен одновременно с активностью дендрита, и может быть, что различные части дендритов будут активны.

Улучшение краткосрочной рабочей памяти

Ученые раскрыли метод улучшения краткосрочной рабочей памяти, стимулируя мозг электричеством для синхронизации мозговых волн.

Исследователи из лондонского Имперского колледжа установили, что применение тока низкого напряжения может привести к синхронизации различных областей мозга, что позволяет людям лучше выполнять задачи, связанные с рабочей памятью.

Надежда состоит в том, что этот подход может однажды использоваться для обхода поврежденных участков мозга и передачи сигналов у людей с травматическим повреждением головного мозга, инсультом или эпилепсией.

Мозг находится в постоянном состоянии болтовни, и эта активность рассматривается как колебания мозговых волн на разных частотах и ​​в разных регионах, сохраняя устойчивый «ритм».

В небольшом исследовании, опубликованном сегодня в журнале eLife, команда Imperial обнаружила, что применение слабого электрического тока через скальп помогло выровнять различные части мозга, синхронизировать их мозговые волны и дать им возможность поддерживать одинаковый ритм.

«Мы наблюдали, что люди работали лучше, когда две волны имели одинаковый ритм и в то же время», — говорит доктор Инес Рибейро Виоланте, нейробиолог из Имперского отдела медицины.

В исследовании, проведенном в сотрудничестве с Университетским колледжем Лондона, команда использовала технику, называемую транскраниальной стимуляцией переменного тока (TACS), чтобы манипулировать регулярным ритмом мозга.

Они обнаружили, что жужжание мозга электричеством может повысить производительность тех же процессов памяти, которые используются, когда люди пытаются запомнить имена на вечеринке, номера телефонов или даже короткий список покупок.

Д-р Violante и команда использовали TCAS для нацеливания на две области головного мозга — среднюю лобную извилину и нижнюю теменную дольку — которые, как известно, участвуют в рабочей памяти.

Десять добровольцев попросили выполнить набор задач памяти, увеличивающихся с трудом, в то время как стимуляция тета-частоты двум областям мозга в несколько раз (несинхронизированная), одновременно (синхронно) или только быстрая вспышка Создают впечатление получения полного лечения.

В экспериментах с рабочей памятью участники смотрели на экран, на котором подсвечивались цифры, и приходилось помнить, было ли число такое же, как и предыдущее, или в случае более сложного испытания, если оно соответствует текущему числу двухзначных чисел Предыдущий.

Результаты показали, что когда области мозга стимулировались синхронно, время реакции на задачи памяти улучшалось, особенно на более сложных задачах, требующих от волонтеров держать две строки цифр в их умах.

«Классическое поведение — делать медленнее на более трудной когнитивной задаче, но люди быстрее выполняют синхронизированную стимуляцию и так же быстро, как и на более простой задаче», — сказал д-р Виоланте.

Предыдущие исследования показали, что стимуляция мозга электромагнитными волнами или электрическим током может влиять на активность мозга, поле остается спорным из-за отсутствия воспроизводимости.

Но использование функциональной МРТ для изображения мозга позволило команде показать изменения в активности, происходящей во время стимуляции, при этом электрический ток потенциально модулирует поток информации.

«Мы можем использовать TACS для манипуляции активностью ключевых сетей мозга, и мы можем видеть, что происходит с fMRI», — объясняет д-р Виоланте.

«Результаты показывают, что когда стимуляция была синхронизирована, в тех регионах, где выполнялась задача, наблюдалось увеличение активности. Когда она была не синхронизирована, наблюдался противоположный эффект».

Тем не менее, одним из основных препятствий для широкого распространения такого лечения является индивидуальная природа мозгов людей. Электроды должны получать не только правильную частоту, но и направлять ее в правую часть мозга и получать ритм вовремя.

Д-р Виоланте добавил: «Мы используем очень дешевую технику, и это одно из преимуществ, которое, как мы надеемся, принесет, если его можно перевести в клинику.

Следующий шаг — посмотреть, работает ли стимуляция головного мозга у пациентов с черепно-мозговой травмой, в сочетании с изображениями головного мозга, когда у пациентов есть повреждения, которые нарушают долгосрочную коммуникацию в их мозгу.

«Надежда заключается в том, что в конечном итоге она может быть использована для этих пациентов, или даже для тех, кто перенес инсульт или у которых есть эпилепсия».

Профессор Дэвид Шарп, невропатолог Императорского отделения медицины и старший автор статьи, добавил: «Мы очень взволнованы потенциалом стимуляции мозга для лечения пациентов. Я работаю с пациентами, у которых часто возникают серьезные проблемы с рабочей памятью после их головы Травмы, так что было бы здорово иметь способ улучшить наши текущие методы лечения, которые могут не всегда работать на них.

«Наш следующий шаг — попробовать подход у наших пациентов, и мы увидим, может ли комбинирование с когнитивной тренировкой восстановить утраченные навыки».

Моделирование сигналов МРТ

Подобно тому, как тело и мышцы спринтера готовы к действию, пока они ждут запуска пушки, мозговые сети в состоянии покоя, похоже, ждут в состоянии потенциирования, чтобы выполнить даже самое простое поведение.

Это свидетельство появилось из нового документа, опубликованного на этой неделе в журнале PLoS One, в котором сообщается о исследовании, проведенном профессорами Вайбхавом Дивадкаром, кандидатом наук в Медицинской школе Университета Уэйна и Стивеном Л. Бресслером, доктором философии, временным Директор Центра комплексных систем и наук о мозге Университета Флориды Атлантик.

В исследовании «Потенциация моторных подсетей для управления двигателем, но не работающей памяти: взаимодействие dACC и SMA, выявленное с помощью направленной функциональной связности в состоянии покоя», исследователи использовали простую экспериментальную задачу, каждый участник которой выполнял простое управление двигателем Поведение (касание указательного пальца к визуальной подсказке), чередующееся между поведением и отдыхом. Активность мозга была получена с использованием функциональной МРТ (МРТ), методики, которая позволяет собирать динамические сигналы изнутри мозга, когда субъект выполняет задачу, а также когда они находятся в состоянии покоя.

Используя относительно сложное моделирование сигналов МРТ, команда изучала взаимодействие мозговой сети между двумя важными областями мозга: дорсальной передней поясной коры (dACC), используемой для контроля, и дополнительной двигательной области (SMA), используемой для двигательных движений. В своих предыдущих исследованиях команда подчеркнула важность направленного сетевого взаимодействия от dACC к SMA при простом моторном поведении. В документе PLoS One они продемонстрировали убедительный и противоположный эффект: во время периодов отдыха, чередующихся между заданием поведения мотора, сетевые взаимодействия от SMA к dACC теперь были увеличены.

По словам Дивадкара, который со-руководит Отделом исследований изображений головного мозга в Отделе психиатрии и поведенческих неврологических наук, «эти результаты показывают, что направленные взаимодействия от SMA к dACC в течение периода покоя могут на самом деле потенцировать связанные с задачами взаимодействия в противоположном Направлении «. Далее он отметил, что исследования подтверждают то, что давно было предложено и независимо продемонстрировано: сети мозга всегда находятся в состоянии потенциирования для действий, именно потому, что невозможно предсказать, что им потребуется делать в любой момент времени. Поэтому маловероятно, что мозг может когда-либо находиться в истинном состоянии.

Этот документ является одной из немногих попыток систематически исследовать направленное взаимодействие между мозговыми сетями в состоянии покоя и показать, как это состояние может усилить противоположное направление одной и той же сетевой обработки задач.

«Наши выводы убедительны, потому что мозговые сети находятся в паттернах непрестанно сложных направленных взаимодействий, — сказал Дивадкар. «Направленность трудно измерить, и наш комплексный анализ показывает, что это можно оценить по данным fMRI».

Согласно Diwadkar, результаты команды показывают аспекты не только нормативной функции мозга, но также могут дать новые направления для характеристики неупорядоченных сетевых взаимодействий в нейропсихиатрических синдромах. Они будут исследовать эти вопросы в обсессивно-компульсивном расстройстве с Дэвидом Розенбергом, M.D., Мириам Л. Гамбургер, наделенным кафедрой детской психиатрии и заведующим кафедрой психиатрии и поведенческой неврологии в Wayne State University; И в шизофрении с д-ром Джеффри Стэнли, доктором философии, адъюнкт-профессором психиатрии. Дивадкар и Бресслер продолжают сотрудничать по нескольким направлениям исследований, посвященных функции и дисфункции сети мозга.