Sleep - Neurobiology and Medicine - 3.3 Sleep Wake Flip Flop Model
Spisu treści:
- Przełącznik nadpisywania aktywności mózgu
- Molekuły, które pośredniczą w przesłaniu
- Ilościowy, ale wczesny krok
Mózg jest precyzyjnym instrumentem. Jego funkcja zależy od precyzyjnie skalibrowanej aktywności elektrycznej wyzwalającej komunikaty chemiczne między neuronami.
Ale czasami ostrożna równowaga mózgu jest wytrącana spod kontroli, jak w przypadku padaczki. Elektroencefalografia lub EEG wizualizuje aktywność elektryczną mózgu i może ujawnić, w jaki sposób napad padaczkowy odbiega od przewidywalnego wzoru falowego typowej aktywności mózgu.
Ale w medycynie wciąż brakuje rozwiązania dla padaczki. Istnieje ograniczona możliwość przewidywania napadu i nie ma możliwości interwencji, nawet jeśli można przewidzieć. Chociaż leki są dostępne dla osób chorych na padaczkę, są one obarczone działaniami niepożądanymi i nie działają dla wszystkich.
Pracując nad problemem w moim laboratorium neuronauki, kiedy przestaję sobie wyobrażać, jak przerażające może być życie z mózgiem wymykającym się spod kontroli w ten sposób, naprawdę mnie motywuje. Czy może istnieć sposób na przejęcie kontroli nad tymi neuronami, które zostały oszukane? Skupiłem się na tym, w jaki sposób konkretny przedział w każdej komórce mózgowej może nam w tym pomóc.
Przełącznik nadpisywania aktywności mózgu
Odkąd byłem studentem, byłem zafascynowany częścią neuronu zwaną początkowym segmentem aksonu. Każdy neuron zawiera ten mały przedział. To tam neuron „decyduje” o wystrzeleniu sygnału elektrycznego, wysyłając wiadomość chemiczną do następnej komórki.
Są tu wyspecjalizowane połączenia, które mogą wywierać potężną kontrolę; mogą zastąpić własną „decyzję” komórki dotyczącą strzelania. Ten mechanizm kontroli istnieje po to, aby organizować lub wzorować aktywność mózgu - wymóg dla większości naszych zachowań.
Na przykład, aby zasnąć, aktywność twojego mózgu wymaga powolnego oscylowania. Natomiast ostra koncentracja na problemie wymaga wzięcia wzoru, powodując szybkie oscylacje. Niezdolność do produkcji i regulacji tych wzorców aktywności mózgu była związana z licznymi zaburzeniami mózgu.
Gdy początkowe segmenty aksonów wielu neuronów otrzymują jednocześnie sygnał wyciszający, skutkuje to spadkiem we wzorze falowym EEG. Oznacza to, że uspokaja aktywność mózgu, coś, co w normalnych warunkach byłoby użyteczne podczas przemieszczania się między stanami rozbudzenia i snu.
Gdyby naukowcy mogli wykorzystać moc tych połączeń hamujących, moglibyśmy potencjalnie zresetować schemat aktywności mózgu, kiedy tylko chcemy. Może to być sposób na odzyskanie kontroli nad mózgiem padaczkowym.
Molekuły, które pośredniczą w przesłaniu
Aby zacząć rozumieć, jak regulować tę moc początkowego segmentu aksonu, moi koledzy i ja najpierw musieliśmy zrozumieć związki molekularne na tych połączeniach. Aby inhibicja była skuteczna w początkowym segmencie aksonu, potrzebny jest odpowiedni sprzęt do odbioru sygnału. W przypadku zahamowania w mózgu sprzęt ten jest receptorem GABAA.
Wraz ze współpracownikami Hansem Maricem i Hermannem Schindelinem zidentyfikowaliśmy bliskie i wyłączne partnerstwo między dwoma białkami - podjednostką α2 receptora GABA A i kollybistyną. Określenie bliskiego związku między tymi dwoma cząsteczkami odpowiada na kilka otwartych pytań dotyczących interakcji białek w hamujących miejscach kontaktu. Wiedzieliśmy, że podjednostka α2 receptora GABA A znajduje się w początkowym segmencie aksonu, ale naukowcy nie rozumieli, jak się tam znajduje lub jest tam przechowywana. Kluczem może być Collybistin.
Teraz myśleliśmy, że te dwa białka mogą działać razem w początkowym segmencie aksonu. Aby dalej to rozumieć, mój doktorant ze stopniem doktora Stephen Moss i ja chcieliśmy zrozumieć, jakie mogą to mieć implikacje dla połączeń w początkowym segmencie aksonu, a ostatecznie, jak działa mózg. Aby to zrozumieć, stworzyliśmy mutację genetyczną, która spowodowała, że dwa białka nie są w stanie się połączyć.
Neurony myszy z tą mutacją rzeczywiście utraciły połączenia hamujące na początkowym segmencie aksonu. Połączenia hamujące na inne części komórek mózgowych pozostały nienaruszone, ponownie potwierdzając ideę, że to partnerstwo białkowe jest wyłączne i szczególnie ważne w początkowym segmencie aksonu.
Myszy z tą mutacją doświadczają napadów podczas rozwoju. Kiedy rosną u dorosłych, myszy te nie wykazują już behawioralnych objawów napadu. W niektórych postaciach padaczki dziecięcej dzieci mogą także „wyrastać” z napadów padaczkowych. Zatem ta mutacja jest niezwykle cenna w zapewnieniu możliwego modelu padaczki u dzieci. Mamy nadzieję, że pomoże nam to lepiej zrozumieć, co dzieje się w mózgu podczas padaczki, a także zaprojektować i przetestować lepsze terapie, takie jak selektywny związek opracowany przez AstraZeneca, którego naukowcy również przyczynili się do tego projektu.
Ilościowy, ale wczesny krok
Neuronaukowcy od dawna spekulują na temat partnerstwa między receptorem GABA A a kollybistyną. Teraz nasze wyniki, ostatnio opublikowane w Nature Communications, zdefiniuj go ilościowo.
Chociaż znamy receptory GABA A - które reagują na neuroprzekaźnik GABA - kontrolują hamowanie sygnalizacji, wciąż zastanawiamy się, jak to wszystko działa. Sygnalizacja GABA jest zróżnicowana, z różnymi typami połączeń, które wywierają wyraźną kontrolę nad odpalaniem komórek - coś, co musimy zrozumieć, aby zrozumieć. A dysfunkcja sygnalizacji GABA jest związana z wieloma innymi zaburzeniami mózgu, oprócz padaczki.
Ostatecznym celem tych badań jest opracowanie metod leczenia, które mogą kontrolować połączenia hamujące w początkowym segmencie aksonu. Chcielibyśmy być odpowiedzialni za ten przełącznik, który byłby w stanie wyłączyć niekontrolowane odpalanie neuronowe obserwowane podczas napadu padaczkowego.
Wyobrażam sobie życie z padaczką i wyobrażam sobie życie bez niego.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation by Rochelle Hines. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.
Skanowanie mózgu ujawnia, dlaczego trwa tak długo, aby obudzić się rano
Według nowego badania przeprowadzonego w „NeuroImage” przez UC Berkeley, po włączeniu budzika mózg może poświęcić trochę czasu. Ich praca pokazuje, że podczas gdy ciało wydaje się być obudzone, mózg pozostaje w tyle w tym kluczowym oknie w czasie
Badanie starożytnego mózgu „Słonia ptaka” ujawnia wskazówki dotyczące starego Madagaskaru
Ludzie nie wiedzą zbyt wiele na temat ptaka słonia, a nawet to może być błędne. Zapis kopalny pokazuje, że te wymarłe stworzenia miały 10 stóp wzrostu i żyły razem z ludźmi. Teraz, według badań w „Proceedings of the Royal Society B”, wiemy, że byli praktycznie ślepi i żyli w ciemności.
Związek między depresją a bezsennością w mózgu ujawnia naukowców
W badaniu opublikowanym w środę w „JAMA Psychiatry” zespół naukowców ujawnił, że w mózgu istnieją połączenia nerwowe, które leżą u podstaw doświadczeń depresji i bezsenności. Naukowcy twierdzą, że wiedza o tym może prowadzić do lepszych metod leczenia ukierunkowanych na określone części mózgu.