Новое исследование, проведенное нейробиологами из Университета Мэриленда, является первым, кто идентифицировал механизм, который мог бы объяснить такую раннюю связь между звуковым вводом и когнитивной функцией, часто называемую «эффектом Моцарта». Работая с моделью на животных, исследователи обнаружили, что тип клеток, присутствующих в области первичной обработки мозга на раннем этапе развития и долгое время считавшийся структурным каркасом, не участвующим в передаче сенсорной информации, в конце концов может передавать такие сигналы.
Результаты, которые могут иметь значение для ранней диагностики аутизма и других когнитивных нарушений, были опубликованы в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences 6 ноября 2017 года.«Предыдущее исследование задокументировало активность мозга в ответ на звук на ранних этапах развития, но было трудно определить, откуда в мозге исходят эти сигналы», — сказал Патрик Канольд, профессор биологии в UMD и старший автор исследовательской работы. . «Наше исследование — первое, в котором измеряются эти сигналы в важном типе клеток головного мозга, что дает новые важные сведения о раннем сенсорном развитии млекопитающих».
Работая с молодыми хорьками, Канольд и его команда впервые непосредственно наблюдали индуцированные звуком нервные импульсы в нейронах субпластинок. Во время развития субпластинчатые нейроны являются одними из первых нейронов, которые формируются в коре головного мозга — внешней части мозга млекопитающих, которая контролирует восприятие, память и, у людей, высшие функции, такие как язык и абстрактное мышление. Подпластинчатые нейроны помогают формировать нейронные цепи так же, как временные леса помогают строительной бригаде строить стены и устанавливать окна в новом здании.
Считается, что роль субпластинчатых нейронов, как и строительных лесов, носит временный характер. Как только формируются постоянные нейронные цепи мозга, большинство субпластинчатых нейронов отмирают и исчезают. По словам Канольда, исследователи предположили, что субпластинчатые нейроны не играют никакой роли в передаче сенсорной информации, учитывая их временную структурную роль.Считается, что мозг млекопитающих передает свои первые сенсорные сигналы в ответ на звук после того, как таламус полностью соединяется с корой головного мозга.
У многих млекопитающих, используемых для исследований, соединение таламуса и коры головного мозга также совпадает с открытием слуховых проходов, что позволяет звукам активировать внутреннее ухо. Это совпадение времени предоставило дополнительную поддержку традиционной модели того, когда обработка звука начинается в мозгу.
Однако исследователи изо всех сил пытались согласовать эту традиционную модель с наблюдениями за активностью мозга, вызванной звуком, намного раньше в процессе развития. По словам Канольда, до тех пор, пока его группа напрямую не измерила реакцию субпластинчатых нейронов на звук, это явление в значительной степени игнорировалось.
«Наша работа — первая попытка предположить, что нейроны субпластинки делают больше, чем просто перекрывают разрыв между таламусом и корой головного мозга, формируя структуру для будущих цепей», — сказал Канольд. «Они образуют функциональную основу, которая на самом деле обрабатывает и передает информацию до того, как активируются другие корковые цепи. Вполне вероятно, что нейроны субпластинок помогают определить раннюю функциональную организацию коры в дополнение к структурной организации».
Выявив источник ранних сенсорных нервных сигналов, текущее исследование может привести к новым способам диагностики аутизма и других когнитивных нарушений, которые проявляются на ранней стадии развития. Канольд отметил, что ранняя диагностика — важный первый шаг к раннему вмешательству и лечению.«Теперь, когда мы знаем, что нейроны субпластинок передают сенсорную информацию, мы можем начать более детальное изучение их функциональной роли в развитии», — сказал Канольд. «Какова роль сенсорного опыта на этой ранней стадии? Как дефекты в субпластинчатых нейронах могут коррелировать с когнитивным дефицитом и такими состояниями, как аутизм?
Есть так много новых возможностей для будущих исследований».Открытия Канольда уже вызывают интерес у исследователей, изучающих сенсорное развитие человека. Родри Кьюсак, профессор когнитивной нейробиологии в Тринити-колледже Дублина, Ирландия, отметил, что результаты могут иметь значение для ухода за недоношенными детьми.«Эта статья показывает, что наши сенсорные системы формируются окружающей средой с самого раннего возраста», — сказал Кьюсак. «У человеческих младенцев это включает в себя третий триместр, когда многие недоношенные дети проводят время в отделении интенсивной терапии новорожденных.
Полученные данные являются призывом к действию для выявления благоприятной среды, которая может оптимизировать сенсорное развитие в этой уязвимой группе населения».