«Мы определили синаптические аномалии, которые могут играть роль в двигательных проблемах, которые обычно наблюдаются у детей с аутизмом», — сказал старший автор исследования Кристиан Хансель, доктор философии, профессор нейробиологии Чикагского университета. «Аутизм иногда описывают как синдром интенсивного мира — слишком много, слишком сильных возбуждающих связей, которые приводят к усилению сенсорной информации. Результаты нашего исследования могут пролить свет на это явление».Социальные и поведенческие критерии используются для диагностики расстройства аутистического спектра (РАС), но около 80 процентов детей с аутизмом имеют проблемы с координацией движений, включая неуклюжесть и трудности с контролем взгляда или движения глаз.
Основная причина этих моторных дефицитов плохо изучена. Для исследования Гензель и его команда использовали мышиную модель одной из наиболее распространенных генетических аномалий, известных при аутизме, — дупликации хромосомы 15q11-13 человека. Они сосредоточились на мозжечке, области мозга, которая активно участвует в управлении моторикой.
Исследователи обнаружили, что модели мышей с РАС имеют мозжечок, аналогичный нормальным мышам, но продемонстрировали двигательный дефицит в виде нестабильной походки и нарушения двигательного обучения. Чтобы проверить это, исследователи научили нормальных мышей ассоциировать короткий световой сигнал с потоком воздуха в глаза. Мыши научились моргать в ответ на свет даже без затяжки. Однако мыши с моделью ASD намного медленнее учились в этом тесте моргания глаз и чаще совершали ошибки.
Не могу остановить сигналЧтобы понять, почему, команда исследовала клетки Пуркинье, тип нейронов, активно участвующих в моторном обучении.
Клетки Пуркинье могут либо усиливать, либо снижать эффективность своих синапсов — участков связи между нейронами, по которым передаются сигналы. Эта способность является одним из основных механизмов обучения и памяти, поскольку она позволяет укреплять или ослаблять нервные пути.У мышей с моделью ASD способность клеток Пуркинье снижать эффективность их синапсов была значительно снижена.
Это ограничивало их способность точно настраивать движения и вносить свой вклад в моторное обучение. Команда обнаружила, что вероятной причиной этого состояния было нарушение синаптической обрезки, процесса развития, который позволяет обрезать ненужные синапсы по мере развития мозга.Клетки Пуркинье получают сигналы об ошибках или нарушениях окружающей среды, таких как дуновение воздуха, достигающее глаза, от проекций нейронов, известных как лазящие волокна. Этот сигнал запускает корректирующую моторную реакцию.
Когда обрезка работает нормально, каждая клетка Пуркинье в мозге взрослого человека получает только одно входное качающееся волокно. Мыши с моделью ASD, однако, обладали избытком, изменяя эффективность этого поучительного «сигнала ошибки».«Неэффективная обрезка синапсов, кажется, является распространенным мотивом аутизма», — сказал Гензель. «В мозгу не так много типов синапсов, где отсечение можно легко измерить, но лазящие волокна представляют собой отличную модель и позволяют нам делать прогнозы о дефиците синаптического отсечения в других частях мозга».
Гензель и его команда продемонстрировали, что эти синаптические аномалии связаны с задержкой реакции моргания глаз, наблюдаемой у мышей с моделью РАС. Это представляет собой новый мощный инструмент для исследователей аутизма, поскольку изменения относительно простой нейронной цепи теперь могут быть связаны с изменениями поведенческих действий на модели животных.
«Прямая связь между синаптическими исследованиями и поведенческими данными практически невозможна с социальным поведением, но теперь мы можем это сделать», — сказал он. «Это связано с относительной простотой двигательной системы и потому, что мозжечок эволюционно консервативен, что позволяет проводить сравнения между мышами и человеком».Работа Гензеля подчеркивает роль аномалий синаптической функции в нарушениях развития мозга.
Исследователи надеются, что эти исследования в конечном итоге проложат путь для клинических испытаний, направленных на лечение синаптической дисфункции.