Нові дослідження взяли під сумнів старі теорії щодо аутизму

Дослідники з різних університетів світу продовжують вивчати зв’язок патологічних режимів роботи людського мозку з біологічними чинниками.

Цього разу вони звернули увагу на аутизм. Дослідження у цій галузі тривалий час базувалися на експериментах з мишами, які призвели до виникнення певної усталеної теорії. Однак останні дослідження взяли її під сумнів.

Дисбаланс збудження та гальмування

Аутизм – достатньо розповсюджене відхилення у діяльності центральної нервової системи, яке виявляє себе у різних випадках у різному ступені. Однак його характерними ознаками залишаються понижена здатність до соціальної діяльності, обмеженість інтересів та циклічні дії. Аутизм виявляє себе ще у дитинстві та часто закриває для людини шлях до повноцінного життя. Нині захворювання аутичного спектра, так само, як і розлади шизофренічного спектра, до яких вони близькі, спостерігаються у 1% населення Землі.

Як і для більшості інших психічних розладів, для аутизму дуже важко знайти біологічне пояснення, а тим більше – генетичну причину цього розладу. Втім, у 2011 році дослідники зі Стенфордського університету почали успішно досліджувати аутизм за допомогою експериментів на мишах. Їхнє дослідження базувалися на ідеї, що причина аутизму полягає у дисбалансі нервових процесів збудження та гальмування у мозку. Згідно з цією теорією, при аутизмі процеси збудження сильно переважають над процесами гальмування. Саме це припущення дозволило дослідникам перейти від спостереження самого феномену до його штучного відтворення.

Раніше вченим вже був відомий певний шаблон у роботі мозку, який називається гама-осциляцією. Ці коливання у нервовій активності добре помітні на функціональній магнітній томограмі. Тож дослідникам залишалося знайти спосіб селективного збуджувення нейронів, і такий метод було знайдено. Ним виявилася оптогенетика – методика, за якої у мембрану клітини поміщається опсин, рецептор, здатний реагувати на світло, збуджуючи усю клітину. Впливаючи на таку клітину лазером через оптоволокно, дослідники можуть змусити її збуджуватися за сигналом.

Знімок мозку на функціональній МРТ (фМРТ)
Знімок мозку на функціональній МРТ (фМРТ) під час процесів з залученням пам’яті. Джерело: John Graner/wikipedia

Саме такі клітини і були отримані у медіальній префронтальній корі мозку мишей – найбільш розвинутій його частині. Виявилося, що короткочасна дія лазерного променя здатна на півгодини привести клітини мозку у збуджений стан. За цей час тварину можна піддати різним стандартним тестам. У порівнянні зі звичайними мишами, ця група не проявляли ані підвищеної тривожності, ані схильності досліджувати нові об’єкти, ані рухливості. А ось зацікавленість в інших мишах у порівнянні з нормальними тваринами у них була надзвичайно низькою.

У мишей, у яких було штучно інтенсифіковано процеси збудження, на фМРТ було помічено ту саму гама-осциляцію, що добре знайома усім, хто вивчає аутизм у людей. Таким чином було доведено, що ефекти, які спостерігаються у мишей, є короткочасним аналогом людського аутизму.

Це дослідження відкривало великі можливості попри те, що генетичний механізм залишився невідомим. Лише те, що, можливо, в усьому винне надмірне збудження нейронів, вже давало надію на отримання нових ефективних засобів боротьби з аутизмом.

Аутизм – це шум?

Деякі ділянки мозку, які зачіпляє аутизм

Минуло шість років, і у 2017 році у дослідників все того ж Стенфордського університету було значно більше даних про генетичні порушення, які можуть викликати аутизм. Встановлених порушень назбиралась величезна кількість, і чимало з них викликали у мишей аутизм тільки у певних комбінаціях.

Так чи інакше, у дослідників була лінія генетично змінених мишей, у яких методами генетичної інженерії було викликано ознаки гіперактивності та знижено здатність до формування соціальних зв’язків. До цих лабораторних тварин було застосовано вже знайому методику, яка включала залучення опсинів. Щоправда, цього разу опсини повинні були викликати не збудження, а гальмування.

Здатні до збудження за командою нейрони були введені у дві різні ділянки мозку мишей, які пов’язують з аутичним розладом. Активація обох нейронів призводила до одного і того ж самого ефекту: миші починали демонструвати менше гіперактивності та більше цікавитися особинами, що їх оточували.

Результати були настільки винятковими, що дослідники були впевнені у тому, що теорія дисбалансу збудження-гальмування як першопричини аутизму підтверджена, і можна починати розробляти нові засоби лікування людей. Як стверджує теорія, відсутність балансу між збудженням та гальмуванням призводить до того, що нейрони починають надсилати один одному надмірну кількість сигналів і через це утворюється своєрідний “шум”, який заважає, перш за все, найскладнішим функціям мозку, і серед них – соціальній поведінці.

Нові сумніви

Аж ось у січні 2019 року дослідники з іншого каліфорнійського університету – Берклі – опублікували роботу, яка якщо й не спростовує теорію “збудження-гальмування”, то бере її під значний сумнів. У центрі уваги дослідників були миші, у яких було порушено баланс збудження-гальмування у мозку. Цього разу дослідникам вже були доступні способи викликати ознаки аутизму за допомогою генної інженерії.

Вчені обрали чотири лінії мишей, у кожній з яких аутичні симптоми було викликано своїм власним, добре перевіреним генетичним порушенням. У кожній з цих груп тварин спостерігалося знижене збудження та гальмування. Однак загалом співвідношення збудження та гальмування було підвищеним і це, згідно з наявною теорією, мало б призводити до “шуму” зайвих синаптичних зв’язків, і, як результат – до ознак аутизму.

Нейрони
Дослідники намагаються зрозуміти природу аутизму, спостерігаючи за активністю нейронів. Джерело: Aditi Deshpande

Проте рівень утворення зв’язків у нейронах виявився цілком нормальним. Схоже, що у даному випадку усі зміни узгодилися між собою і ніякого зайвого “шуму” не виникло. Тобто активність нейронів якось прилаштовується до генетичних змін, які б порушення у біохімічних процесах вони не викликали б. Ба більше, цілком можливо, що зниження рівня гальмування є не причиною хвороби, а лише компенсаційним механізмом. І автори публікації припускають, що штучне посилення цього процесу, яке досі розглядалося як один з ефективних методів подолання аутизму насправді може зашкодити.

Загадка психічних захворювань

Регулювання процесів у мозку людини відбувається одразу на кількох рівнях: генетичному, біологічному, на рівні окремих нейронних мереж та відділів мозку. Вчені вже заглибилися у цей світ та встигли створити перші більш-менш точні моделі. Однак ми ще знаходимося на тому етапі розвитку науки про психічні захворювання, коли будь-яка теорія, навіть така, що перевірена експериментами, може виявитися занадто поверхневою.

Нові експериментальні дані можуть надати нам шанс зрозуміти, що насправді відбувається у мозку людини.

Stanford MedicineScience Translational Medicine (2017), doi: 10.1126/scitranslmed.aah6733; Neuron (2019), doi: 10.1016/j.neuron.2018.12.026.

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або
Олександр Бурлака
  • 72 записів
  • 0 дописів
Олександр займається популяризацією науки, веде блоги та працює викладачем у Харківському національному технічному університеті сільського господарства ім. Петра Василенка. Має ступінь кандидата технічних наук.