Таламус играет ключевую роль в пластичности мозга у взрослых

Авторы нового исследования выделяют таламус как ключевой объект в пластичности мозга у взрослых.

В отличие от прежних убеждений, в основном сосредоточенных на коре головного мозга, таламус демонстрирует значительную роль в адаптации сенсорной и двигательной информации, как это показано на моделях мышей в исследованиях зрения.

Хотя зрительная информация действительно проходит от сетчатки к зрительной коре через таламус, это исследование подчеркивает, что таламус является не просто пассивным каналом, а активным участником адаптивных процессов.

Полученные данные могут проложить путь к инновационным терапевтическим подходам в лечении таких состояний, как ленивый глаз, смещая фокус с коры на таламус.

Принято считать, что адаптация мозга взрослого человека в основном происходит в коре. Однако новое исследование Нидерландского института нейронаук (Netherlands Institute for Neuroscience) показывает, что таламус, ретрансляционная станция для поступающей двигательной и сенсорной информации, играет неожиданно важную роль в этом процессе.

«Это может стать интересной отправной точкой для различных методов лечения», — комментирует Кристиан Левельт (Christiaan Levelt).

Изучение нового требует огромных возможностей нашего мозга. Адаптация нашего мозга в результате нового опыта называется пластичностью. В нашем развитии бывают периоды, когда нейронные сети проявляют большую пластичность, называемые критическими периодами. Но и мозг взрослого человека способен адаптироваться. Где происходит эта пластичность во взрослом мозге, не совсем понятно.

Чтобы лучше разобраться в этом вопросе, И Цинь (Yi Qin) с соавторами и под руководством Кристиана Левельта исследовали зрительную систему мышей. Это популярная модель для изучения пластичности из-за простоты манипулирования. Зрительная информация поступает в таламус через сетчатку. Затем это ядро мозга передает обработанную информацию в зрительную кору и наоборот. Эксперимент на мышах может наглядно продемонстрировать, насколько хорошо мозг взрослого человека способен адаптироваться.

«Когда один глаз мыши закрыт в течение нескольких дней, зрительная кора начинает менее эффективно реагировать на закрытый глаз и лучше на открытый. Как именно это регулируется, долгое время было неясно. Но эти новые результаты выдвигают на первый план важного игрока: таламус.

Новая перспектива

Кристиан Левельт: «Пять лет назад мы обнаружили, что таламус играет решающую роль в пластичности зрительной коры в критические периоды развития. Это изменило наш взгляд на то, как работает вся эта система. Мы все думали, что этот процесс регулируется зрительной корой, но оказалось, что это еще не все. Мы выяснили это, удалив очень специфический компонент, субъединицу ГАМК-альфа-1, из таламуса мышей в критический период для зрения. Этот компонент отвечает за торможение таламуса, поэтому его удаление привело к снижению торможения. Когда мы закрыли у этих мышей один глаз, сдвиг в реакциях больше не происходил. Поскольку мозг взрослого человека использует другие механизмы пластичности, чем развивающийся мозг, важным вопросом было, затрагивает ли адаптация зрительной системы взрослого таламус».

И Цинь: «В текущем исследовании мы провели тот же эксперимент на взрослых мышах и получили аналогичные результаты. Мы заметили, что пластичность также имела место во взрослом таламусе, но исчезла, когда мы удалили субъединицу альфа-1. Следовательно, и в коре больше не было смещения. Поскольку мы знаем, что зрительная кора также отправляет информацию обратно в таламус через механизм обратной связи, нам было любопытно, играет ли зрительная кора также роль в пластичности таламуса. Мы исследовали это, изменив эксперимент и отключив зрительную кору. Что тогда происходит со сдвигом реакций в таламусе? У взрослых животных мы не увидели никакой разницы: сдвиг сохранялся».

«Однако у животных в критический период мы наблюдали, что, когда мы отключали зрительную кору, сдвиг возвращался обратно в таламус. Так, в молодом возрасте пластичность таламуса и коры головного мозга гораздо сильнее влияют друг на друга, тогда как во взрослом мозге таламус особенно важен для пластичности коры, а не наоборот».

Участие во многих процессах

Левельт продолжает: «Пластичность важна во многих процессах. В настоящее время мы фокусируемся на сенсорной пластичности (зрении), но пластичность также имеет основополагающее значение для памяти и других функций. Эти новые идеи могут быть полезны, например, для понимания проблем с обучаемостью. Вполне возможно, что причина этих проблем кроется в таламусе, а не в коре головного мозга. Поэтому нужен другой подход. Когда речь идет о лечении и патогенезе этих проблем, вместо того, чтобы рассматривать только кору головного мозга, нам следует также учитывать таламус. Это важная новая интерпретация».

Цинь: «Даже в случае ленивого глаза предполагается, что это проблема коры головного мозга, но она также может затрагивать таламус. В Европе проверяют на наличие ленивого глаза с раннего возраста. Это состояние можно исправить в критический период, временно приобретя «хороший глаз», который укрепляет связи с более слабым глазом. В США, например, это не проверяется регулярно в молодом возрасте, в результате чего во взрослой жизни все больше людей имеют ленивый глаз. Поскольку критический период для них уже прошел, лечить таких людей становится все сложнее. Наше исследование дает намек на то, что нам нужно выйти за рамки коры головного мозга, что может предоставить рекомендации по новой стратегии лечения».