Группа исследователей из Института нейронаук, совместного центра Испанского национального исследовательского совета и Университета Мигеля Эрнандеса в Эльче, впервые реконструировала процесс установления мозжечком связей с остальными отделами мозга на самых ранних этапах жизни. В работе, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), подробно описаны этапы формирования, расширения и совершенствования этих нейронных связей, а также представлена первая комплексная карта развития мозжечковых проекций в мозге мыши.
Хотя мозжечок традиционно связывают с контролем движений, появляется всё больше доказательств того, что он также играет роль в таких процессах, как эмоциональная регуляция, социальное поведение и другие когнитивные функции. Однако до сих пор точно не было известно, когда он начал взаимодействовать с другими областями мозга, а ведь это взаимодействие является фундаментальным для выполнения мозжечком своих функций. Этот пробел побудил к работе группу ученых под руководством Хуана Антонио Морено Браво из Национального института.
Команда исследователей показала, что пути, соединяющие мозжечок с другими областями мозга, развиваются по строго организованной схеме. «Мы заметили, что проекции мозжечка начинают формироваться очень рано, ещё в эмбрионе, когда первые аксоны начинают соединяться с целевыми областями», — объясняет Морено Браво. Затем эти связи быстро и масштабно расширяются, сопровождая интенсивный рост мозга на ранних стадиях. Наконец, в течение первых недель после рождения нейронные цепи проходят период дозревания, в ходе которого формируются окончательные связи. «Эта поэтапная последовательность позволила нам определить периоды, когда мозжечок может начать оказывать влияние на другие области мозга, даже если он ещё находится на стадии незрелого развития. Ранние периоды очень важны для понимания того, как мозг формирует свою внутреннюю архитектуру», — добавляет исследователь.
Эта работа стала возможной благодаря сочетанию передовых генетических инструментов и методов трёхмерной визуализации всего мозга. Используя специальные флуоресцентные маркеры, исследователи пометили различные нейроны глубоких ядер мозжечка — основного выходного пути мозжечка. Затем они применили передовые методы просветления тканей и микроскопии, чтобы визуализировать аксоны в трёх измерениях и отследить их траекторию от места происхождения до целевых областей.
«Было действительно увлекательно наблюдать за проекциями в 3D, за тем, как они формируются в эмбрионе и распространяются по всему мозгу», — говорит Ракель Мурсия Рамон, первый автор исследования. «Многие из этих связей никогда не изучались с такой точностью, и возможность наблюдать за их эволюцией во времени позволила нам воссоздать полную историю развития этих цепей», — добавляет она.
Помимо подробного картирования, результаты указывают на более масштабную идею: мозжечок может играть гораздо более раннюю и важную роль в формировании мозга, чем предполагалось. «Традиционно считалось, что мозжечок созревает поздно и его участие в сложных функциях проявляется постепенно и только на более поздних этапах. Наша работа говорит об обратном: мозжечок начинает формировать свою сеть очень рано и может активно участвовать в формировании связей в других областях мозга на начальных этапах развития», — объясняет Морено Браво. Эта точка зрения, утверждает он, «поможет переосмыслить роль мозжечка в процессе развития. Он выступает не как поздний модулятор движений, а как ранний узел, способствующий формированию более широких нейронных сетей».
Карта, созданная командой, представляет собой эталонный инструмент для понимания того, как устроены связи мозжечка с самого начала жизни. Кроме того, она предоставляет подробную временную шкалу для изучения того, как ранний опыт, генетические факторы или условия окружающей среды могут влиять на развитие мозжечка и, следовательно, на нейронные сети, с которыми он связан.
«Работа закладывает основу для изучения не только того, как мозжечок влияет на типичное развитие мозга, но и того, как изменения в мозжечке могут приводить к патологическим состояниям, в том числе связанным с нарушениями развития нервной системы», — отмечают исследователи.
[Фото: Instituto de Neurociencias UMH CSIC / Juan Antonio Moreno Bravo]
