Уникальные связи мозга в подростковом возрасте
Новое исследование, проведенное на мышах, показывает, что в подростковом возрасте не только удаляются ненужные связи между нервными клетками, но и создаются новые коммуникационные центры, отсутствие которых, возможно, связано с развитием таких заболеваний, как шизофрения.
Те, кто живет в доме с подростками, наверняка знакомы с закатыванием глаз, перепадами настроения, бесконечными разговорами с друзьями за закрытой дверью и, в целом, с ощущением «вы нас не понимаете». Физические изменения, через которые они проходят, очевидны — они растут, их голос и тело меняются. Но процессы, происходящие в мозге, скрыты от глаз.
Данная статья была первоначально опубликована на сайте Института научной педагогики имени Дэвидсона. Долгое время общепринятый подход к пониманию подростковых изменений в мозге основывался на процессе самоорганизации, называемом синаптическим прунингом (обрезкой). Согласно этой теории, в детстве в мозге создается избыточное количество связей (синапсов) между нервными клетками, а в подростковом возрасте мозг очищается от слабых или бесполезных связей, чтобы работать быстрее и эффективнее.
Новое исследование, проведенное на мышах, подтвердило существование этого процесса, однако выявило и нечто иное: вдоль отростков нервных клеток формируются области с особенно высокой плотностью синапсов. Новизна работы заключается в том, что исследователи не ограничились подсчетом среднего количества синапсов, а изучили их точное распределение вдоль отростков нервных клеток.
Для подготовки образцов ученые использовали методы, позволяющие различать детали ткани с точностью до сотен нанометров. Изучался мозг мышей разного возраста — от недельных детенышей до взрослых особей (8–12 недель), что позволило проследить развитие в период, соответствующий подростковому возрасту у людей. Исследователи сосредоточились на области коры, обрабатывающей сенсорную информацию, поступающую от вибрисс (усов) мыши.
Применив передовые методы микроскопии, ученые смогли детально рассмотреть «дендритное дерево» — разветвленную сеть отростков нервной клетки. Высокое разрешение позволило идентифицировать дендритные шипики, на которых расположены синапсы, отвечающие за передачу сигналов. Выяснилось, что эти шипики распределены неравномерно: в определенных зонах наблюдалась их аномально высокая плотность. Исследователи назвали эти области «узлами связи» (Hotspots).
Интересно, что у очень молодых мышей таких узлов не было — они появлялись только начиная с подросткового возраста. Когда ученые подрезали мышам вибриссы, лишая их части сенсорного ввода, количество узлов связи вдоль дендрита сокращалось. Это доказывает, что внешний сенсорный стимул необходим для нормального формирования нейронных связей.
Однако самым интригующим открытием стала связь с психиатрическими заболеваниями. Ранее посмертные вскрытия мозга людей, страдавших шизофренией, показывали пониженную плотность дендритных шипиков. Проверив это на генетически модифицированных мышах, имитирующих данное состояние, ученые обнаружили, что у молодых детенышей разницы в количестве синапсов между группами не было. Напротив, в подростковом возрасте у здоровых мышей наблюдался значительный рост числа шипиков в узлах связи, тогда как у модифицированных мышей эти узлы вообще не развились.
Этот результат позволяет предположить, что снижение плотности дендритных шипиков при шизофрении может быть связано не с избыточным «прунингом», а с нарушением формирования синапсов в узлах связи в критический период подросткового развития.
Несмотря на многообещающие результаты, важно помнить, что исследование проводилось на мышах. Хотя их мозг имеет структурное сходство с человеческим, требуются дополнительные изыскания, чтобы подтвердить аналогичные процессы у людей. Кроме того, работа была сосредоточена на конкретном типе нервных клеток, и в других областях мозга могут происходить иные процессы развития.
