Reorganizacja obwodów kory przedczołowej w okresie dojrzewania umożliwia dojrzewanie poznawcze myszy

Neurolodzy od dziesięcioleci próbują zrozumieć, w jaki sposób mózgi ludzi i innych zwierząt rozwijają się przez całe życie. Chociaż ich praca zgromadziła dużą wiedzę na temat dojrzewania i rozwoju mózgu, wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi.

Wiadomo, że okres dojrzewania, czyli okres od wczesnego dojrzewania do wczesnej dorosłości, charakteryzuje się znaczącymi zmianami w korze przedczołowej i innych obwodach mózgowych. Zmiany te powiązano z rozwojem nowych zdolności umysłowych i umiejętności poznawczych.

Naukowcy z Uniwersyteckiego Centrum Medycznego Hamburg-Eppendorf przeprowadzili niedawno badanie na myszach, którego celem było dalsze zbadanie zmian zachodzących w korze przedczołowej w okresie dojrzewania. Oni papieropublikowane w komórki nerwoweidentyfikuje wzorce reorganizacji tego kluczowego obszaru mózgu związanego z regulacją funkcji wykonawczych (tj. planowania, podejmowania decyzji, modyfikacji zachowań społecznych itp.).

„Dwa lata temu, kiedy w ramach innego projektu zaczęliśmy przeprowadzać chroniczne nagrania montowane na głowie u rozwijających się myszy, zdaliśmy sobie sprawę, że aktywność w warstwie 2/3 przyśrodkowej kory przedczołowej nie zmienia się liniowo z wiekiem w okresie dojrzewania” – powiedział dr Justin A. Poblao i profesor dr Ileana L. Hangano Opatz, współautorzy artykułu, powiedzieli Medical Xpress.

„Ta obserwacja była wysoce nieoczekiwana i doprowadziła do opracowania nowego projektu, którego głównym celem było zbadanie wzorców aktywności elektrycznej w warstwie 2/3 przyśrodkowej kory przedczołowej w okresie rozwoju nastolatka”.

W ramach swoich ostatnich badań Poplau, Hangano-Opatz i ich współpracownicy zgromadzili duży zbiór danych zawierający nagrania zebrane zarówno od myszy nieruchomych (ale bez znieczulenia), jak i swobodnie poruszających się. Nagrania te w szczególności monitorowały aktywność neuronów w warstwie 2/3 przyśrodkowej kory przedczołowej.

Naukowcy badali myszy na różnych etapach ich życia, od okresu przed okresem dojrzewania, przez okres dojrzewania, aż po dorosłość. W swoich analizach zbadano wzorce aktywności neuronów i siatkówki w przyśrodkowej korze przedczołowej na różnych etapach rozwoju, a także aktywność motoryczną i zachowania myszy.

„Udało nam się wykazać, że okres dojrzewania charakteryzuje się szczytem gamma i zwiększoną aktywnością, co koreluje ze zmianami morfologicznymi (tj. szczytową złożonością dendrytyczną i gęstością neuronów piramidalnych warstwy 2/3) w okresie dojrzewania” – wyjaśnia dr Poplau. „Warto zauważyć, że podobne zmiany strukturalne zaobserwowano u ludzi w podobnych okresach czasu”.

W ramach swoich analiz Poplau, Hangano-Opatz i ich współpracownicy postanowili także zbadać procesy neuronowe, które pośredniczą w tworzeniu, przerywaniu i reorganizacji obwodów przedczołowych podczas rozwoju.

Ich odkrycia sugerują, że harmonogram fluktuacji funkcjonalnych i strukturalnych w okresie dojrzewania jest powiązany ze wzrostem aktywności fagocytarnej mikrogleju (tj. komórek odpornościowych w mózgu). Fagocytoza lub aktywność fagocytarna to proces, w którym komórki odpornościowe otaczają i pochłaniają martwe komórki, ciała obce, patogeny i inne cząstki.

„W ramach dowodu usunęliśmy mikroglej z mózgu” – powiedział Poplaw. „Odkryliśmy, że ablacja mikrogleju w okresie dojrzewania, ale nie w wieku przedszkolnym czy w wieku dorosłym, skutkowała długotrwałymi zakłóceniami funkcji sieciowych i zdolności poznawczych u dorosłych, co znalazło odzwierciedlenie w zmniejszeniu zdolności podejmowania decyzji i pamięci roboczej u myszy z nokautem. Manipuluj tym. ”

Ogólnie rzecz biorąc, wyniki tego ostatniego badania potwierdzają, że okres dojrzewania jest okresem krytycznym dla rozwoju funkcji kory przedczołowej i powiązanych zdolności poznawczych. Szczególnie odkrywcze są zmiany, które rozwijają się w połowie okresu dojrzewania u myszy w okresie dojrzewania w warstwie 2/3 przyśrodkowej kory przedczołowej myszy.

Ku naszemu zdziwieniu odkryliśmy, że te nieliniowe zmiany w okresie dojrzewania były obecne głównie w zwykłych neuronach kolczastych (np. domniemanych neuronach piramidalnych warstwy 2/3), ale nie w neuronach szybko rosnących (np. przypuszczalnej parwalbuminie (która wyraża neurony interneurony)” – Boblaw powiedział. „Aby potwierdzić tę obserwację, zmanipulowaliśmy interneurony i odkryliśmy, że rozwój interneuronów następuje liniowo wraz z wiekiem”.

Naukowcy przeprowadzili dalsze analizy, aby potwierdzić swoje ustalenia. Ich wyniki sugerują, że w reorganizacji obwodów płata czołowego w okresie dojrzewania może pośredniczyć przede wszystkim rodzaj komórek znany jako neurony piramidalne.

„Przyszłe projekty będą badać rolę różnych neuroprzekaźników i zmian hormonalnych w okresie dojrzewania dla odrębnych subpopulacji neuronów oraz zależnych od wieku zmian w funkcjonowaniu poznawczym” – dodali Poplau i Hangano-Opatz.