Этот механизм предварительного внимания называется сенсомоторным стробированием и обычно предотвращает когнитивную перегрузку. Однако сенсомоторное гейтинг обычно нарушается у людей с шизофренией и другими неврологическими и психиатрическими состояниями, включая посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) и обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР).
«Снижение сенсомоторного гейтирования – признак шизофрении, и это часто связано с нарушением внимания и может предсказать другие когнитивные нарушения», – объясняет невролог Карин Фенелон, доцент биологии Массачусетского университета в Амхерсте. «В то время как устранение дефицита сенсомоторного гейтинга у грызунов является золотым стандартом для скрининга антипсихотических препаратов, нейронные пути и задействованные клеточные механизмы до сих пор полностью не изучены даже в нормальных условиях."
Чтобы оценить сенсомоторную синхронизацию, нейробиологи измеряют предымпульсное торможение (PPI) акустического рефлекса испуга. ИПП возникает, когда слабый стимул предъявляется перед стимулом испуга, который подавляет реакцию испуга.
Впервые Фенелон и ее команда из Университета Массачусетса в Амхерсте – тогда докторант.D. студент Хосе Кано (ныне постдокторант в Медицинском центре Университета Рочестера) и доктор философии.D. студент Ваньюн Хуанг – показали, как миндалевидное тело, область мозга, обычно связанная со страхом, вносит свой вклад в ИПП, активируя небольшие тормозящие нейроны в стволе мозга мыши.
Это открытие, опубликованное в журнале BMC Biology, способствует пониманию систем, лежащих в основе ИПП, и усилиям по окончательной разработке медицинских методов лечения шизофрении и других расстройств путем обращения вспять дефицита пре-внимательности.
«До недавнего времени считалось, что предымпульсное торможение зависит от нейронов среднего мозга, которые высвобождают передатчик ацетилхолин», – объясняет Фенелон. "Это произошло потому, что исследования пациентов с шизофренией выявили дефицит холинергической системы."
Но существует «супер крутой инструмент нейробиологии» – оптогенетика, который позволяет ученым использовать свет для определения и контроля генетически модифицированных нейронов в различных экспериментальных системах. «Это очень специфично», – говорит Фенелон. "Раньше мы не могли выбирать, какими нейронами манипулировать."
Их задача заключалась в том, чтобы использовать оптогенетику, чтобы определить, какие цепи и части мозга участвуют в ИПП. «Мы хотели знать, какая область мозга соединяется с ядром цепи подавления испуга в стволе мозга, поэтому мы добавили индикаторы или краситель, чтобы визуализировать эти нейроны», – говорит Фенелон. «С помощью этого подхода мы смогли идентифицировать нейроны миндалины, связанные с областью ствола мозга в центре цепи подавления испуга."
Затем они проверили с помощью оптогенетических инструментов, важна ли эта связь между миндалевидным телом и стволом мозга для подавления испуга. «Мы знаем, что в головном мозге больных шизофренией функция миндалины также изменяется, поэтому нам было понятно, что эта область мозга имеет отношение к болезни», – говорит Фенелон.
Путем фотоманипуляции с нейронами миндалины у мышей они показали, что миндалевидное тело, по-видимому, вносит вклад в ИПП, активируя ингибирующие или глицинергические нейроны ствола головного мозга. В частности, ИПП снижался либо за счет отключения возбуждающих синапсов между миндалевидным телом и стволом головного мозга, либо за счет подавления самих тормозных нейронов ствола головного мозга. «Интересно, что снижение PPI, измеренное в результате этих фотоманипуляций, имитировало снижение PPI, наблюдаемое у людей с шизофренией и в мышиных моделях шизофрении», – говорит Фенелон.
Чтобы лучше детализировать эту связь, Фенелон и его команда использовали электрофизиологию наряду с оптогенетикой для регистрации электрической активности отдельных нейронов, взятых из тонких срезов мозга, in vitro. «Этот очень точный, но технически сложный метод регистрации позволил нам без всяких сомнений подтвердить, что возбуждающие сигналы миндалины активируют эти глицинергические нейроны в стволе головного мозга», – говорит Фенелон.
Она называет это открытие «кусочком головоломки», который определяет схему предымпульсного торможения.
Теперь она работает в своей лаборатории, используя эту новую информацию для выявления других мозговых путей и пытается обратить вспять пре-внимательные дефициты в мышиной модели шизофрении. Такой прорыв позволил бы исследователям начать разработку лекарств, которые могут более точно нацеливать лечение проблем, связанных с пре-вниманием.