Работая с моделями животных, исследователи обнаружили, что определенный тип клеток головного мозга, известный как клетка Пуркинье, вызывает тремор, когда его паттерн передачи сигналов другим нейронам меняется с обычного паттерна на передачу сигналов всплесками. Измененный паттерн передачи сигналов вернулся к норме, и тремор прекратился, когда животных лечили глубокой стимуляцией мозга, направленной на группу нейронов мозжечка, которые взаимодействуют с клетками Пуркинье. Исследование опубликовано в журнале eLife.
"Тремор – это непроизвольное ритмичное сотрясение одной или нескольких частей тела.
Доступные методы лечения не всегда эффективны, а разработка новых методов лечения, призванных помочь людям с этим заболеванием, была частично ограничена незнанием того, какие типы клеток задействованы », – сказала первый автор Аманда М. Браун, аспирант в лаборатории доктора. Рой Силлитоу в Бэйлоре. «В этом исследовании мы изучили основную активность мозга, которая связана с этим заболеванием на животных моделях, и обнаружили, что клетки Пуркинье в мозжечке могут запускать и распространять сигналы тремора."
Существуют разные категории тремора. Некоторые из них могут быть прерывистыми или постоянными и возникать спорадически, или некоторые могут быть связаны со многими другими неврологическими расстройствами, такими как болезнь Паркинсона, атаксия или дистония. Хотя тремор как состояние не опасно для жизни, он может приводить к инвалидности или затруднять выполнение важных повседневных задач, таких как еда, питье и ходьба.
Клетки Пуркинье играют активную роль в треморе
Предыдущие исследования показали, что наличие дефектных клеток Пуркинье в мозжечке, области мозга, участвующей в движении, балансе, координации и других функциях, по-видимому, способствует возникновению тремора. Эти результаты побудили Браун и ее коллег напрямую проверить эту возможность.
Во-первых, они генетически лишили клетки Пуркинье способности связываться с другими клетками на моделях мышей, ожидая, что у этих мышей разовьется тремор.
«Удивительно, но мы не увидели тремора», – сказал Браун. "Это говорит нам о том, что активность, а не потеря активности клеток Пуркинье важна для возникновения тремора. Клетки Пуркинье должны были иметь возможность сигнализировать другим клеткам мозга о возникновении тремора."
Но какой сигнал вызовет тремор??
Чтобы ответить на этот вопрос, Браун и ее коллеги поместили электроды в мозг мышей и записали активность клеток Пуркинье во время тремора и в нормальном состоянии.
«Мы обнаружили, что в нормальном состоянии сигналы, которые клетки Пуркинье посылают другим клеткам мозга, следуют регулярному паттерну активности, но во время тремора сигналы приходят всплесками», – сказал Браун.
Дальнейшие эксперименты показали, что именно эта вспышка активности вызывает тремор. В экспериментах использовался метод, называемый оптогенетикой, который позволяет ученым управлять активностью мозга с помощью света. Браун и его коллеги разработали свой метод оптогенетики, чтобы целенаправленно заставлять клетки Пуркинье сигнализировать импульсами.
Когда исследователи вызывали вспышку активности, у животных начинался тремор.
«Изменяя частоту сигнала, производимого клетками Пуркинье, мы могли изменять частоту тремора», – сказал Браун. "Это говорит о том, что мозжечок может быть вовлечен во многие виды тремора."
Остановка тремора с помощью глубокой стимуляции мозга
В настоящее время для людей, у которых тремор не поддается лечению лекарствами, обычно рекомендуется глубокая стимуляция мозга, которая обычно направлена на область мозга, называемую таламусом, которая, среди прочего, получает сигналы от мозжечка. Браун объяснил, что это лечение обычно полезно, но со временем оно может стать менее эффективным. Исследователи надеялись определить новое целевое местоположение для лечения, которое могло бы принести дополнительные преимущества и потенциально продлиться дольше.
Исследователи создали экспериментальную систему, которая позволила им начать глубокую стимуляцию мозга только тогда, когда у мыши возник тремор. Результаты были захватывающими и обнадеживающими. Они показали, что глубокая стимуляция мозжечка может успешно снизить тяжесть тремора до нормального уровня.
«Было очень интересно увидеть, что стимуляция глубокого мозга мозжечка может остановить самый сильный тремор у мышей», – сказал Силлитоу, автор-корреспондент и доцент кафедры патологии, иммунологии и нейробиологии в Детском университете Бейлора и Техаса.
Силлитоэ также является содиректором программы по развитию, моделям заболеваний и терапии в Baylor. "Несмотря на то, что эти результаты многообещающие, предстоит еще много работы, прежде чем мы сможем внедрить этот подход в клинику."
Среди других участников этой работы – Джошуа Дж. Белый, Мейке Э. ван дер Хейден, Джой Чжоу и Тао Линь.
Эта работа была поддержана Медицинским колледжем Бейлора, Детской больницей Техаса, Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (гранты F31NS101891, F31NS092264, R01NS089664 и R01NS100874), Национальным институтом здоровья детей и развития человека Юнис Кеннеди Шрайвер (U54HD083092) и Награда за разработку проекта BCM IDDRC.
Дальнейшую поддержку оказал Фонд Хэмилла. Клиффорд Элдер Уайт Грэм пожертвовал исследовательский фонд и Фонд дистонии и Паркинсона Бахмана-Штрауса, Inc.