Новое исследование показывает, что клетки собирают больше данных, чем считалось ранее, в таламусе, ретрансляционной станции сенсорных и моторных способностей в головном мозге. Это может изменить методы лечения шизофрении, эпилепсии и других заболеваний мозга в медицине.
Наш мозг отвечает за координацию и интерпретацию многих действий, которые мы принимаем как должное каждый день, от ходьбы и бега до зрения и слуха. Для координации сенсорных и моторных сигналов, передаваемых через мозг, требуется своего рода ретрансляционная станция, в данном случае таламус, две маленькие доли, расположенные примерно в среднем мозге.
Нейроны внутри таламуса традиционно трудно изучать, но понимание того, как они помогают получать и передавать жизненно важные сигналы для сенсорных и моторных навыков, может однажды привести к новой медицинской помощи людям с определенными заболеваниями мозга.
«Инструменты Аргонна помогли нам обнаружить эту конвергенцию, которую мы никогда бы не увидели иначе», - говорит Вандана Сампаткумар, постоянный сотрудник Аргоннской лаборатории биологических наук, Аргоннская национальная лаборатория.
Новая работа, проведенная исследователями из Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), выявила ранее необнаруженную конвергенцию или слияние сенсорной и моторной информации в таламусе, что могло бы привести науку на шаг ближе к таковой. лечения.
Ученые считают, что таламус помогает передавать сенсорные и двигательные сигналы и регулировать сознание и бдительность. Но это новое исследование показывает большую сложность того, как таламус получает различные типы информации и передает ее всем частям коры головного мозга.
Исследование команды было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Чтобы разработать эту более всеобъемлющую картину роли таламуса, команда использовала инструменты из различных научных областей, включая генетику, вирусологию, молекулярную биологию и микробиологию, а также различные методы визуализации.
«Инструменты Аргонна помогли нам обнаружить эту конвергенцию, которую мы никогда бы не увидели иначе», - сказала Вандана Сампаткумар, нейробиолог из отдела биологических наук Аргонны и научный сотрудник Калифорнийского университета в Чикаго.
Команда использовала электронную микроскопию, чтобы собрать тысячи изображений из мозга мыши. Изображения были повторно собраны в цифровом виде или сшиты вместе на локальных рабочих столах, а затем выровнены на компьютере визуализации Аргонна, Cooley, для трехмерной реконструкции.
«Мы выдвинули гипотезу о том, что клетки получают информацию из одного места и отправляют эту информацию с минимальными изменениями в другое место. Но на самом деле это не так», - сказал Сампаткумар. «Было удивительное количество ячеек, получающих информацию из разных мест и интегрирующих ее перед передачей».
У него «много беспорядочных, сложных и разнообразных входов и выходов», - добавил Эндрю Дж. Миллер-Хансен, студент нейробиологии из Чикаго и член команды.
С помощью реконструкции изображений команда обнаружила, что отдельные нейроны могут объединять сигналы, поступающие из разных областей коры. Например, один нейрон в области таламуса, называемой задним медиальным ядром (Pom), может получать как сенсорную, так и моторную информацию. Они также определили, что нейроны POm получают аналогичные входные данные из неизвестных источников, «что предполагает даже большую интеграцию информации, чем показывают наши данные», - отмечается в документе.
«Наше понимание того, как сенсорная и моторная информация интегрирована в таламус, будет иметь важное значение для изучения того, как информация обычно течет в головном мозге», - сказал Миллер-Хансен. «Мы хотим знать, является ли этот паттерн конвергенции специфическим для сенсорной и моторной интеграции или это общий паттерн конвергенции, поддерживающий другие формы интеграции в мозгу».
Уточняя способность нейронов таламуса к обработке и передаче сигналов, эта новая информация может помочь найти методы лечения шизофрении, некоторых форм эпилепсии и других заболеваний головного мозга, при которых дисфункция таламуса, по-видимому, связана с клиническими проблемами.