Исследователи обнаружили загадочную группу нейронов в миндалине - ключевом центре для эмоциональной обработки в мозге - которые находятся в незрелом, пренатальном состоянии развития в течение всего детства. Большинство этих клеток быстро созревают в подростковом возрасте, что указывает на ключевую роль в эмоциональном развитии мозга, но некоторые остаются незрелыми на протяжении всей жизни, предлагая новые идеи о том, как мозг сохраняет свои эмоциональные реакции гибкими на протяжении всей жизни.
«Большинство клеток мозга созрели намного дальше этой стадии к моменту вашего рождения, - говорит ведущий автор исследования Шон Сорреллс, доктор философии, бывший исследователь UCSF, который в настоящее время является доцентом нейробиологии в университете Питтсбурга. - Удивительно, что это одни из самых последних клеток, которые созревают в человеческом мозге, и большинство из них делают это в период полового созревания, именно тогда, когда происходят огромные изменения в эмоциональном интеллекте».
Что такое миндалина?
Миндалина представляет собой миндалевидную структуру мозга, расположенную глубоко в височных долях (у вас на самом деле их две, по одной на каждой стороне мозга), которая играет ключевую роль в изучении соответствующих эмоциональных реакций на наше окружение. В детстве и подростковом возрасте - еще долго после того, как большая часть человеческого мозга закончила расти - миндалина продолжает расширяться на целых два миллиона нейронов, что является последним всплеском роста, который, как полагают исследователи, может играть ключевую роль в жизни человека. Например, это расширение отсутствует у детей с аутизмом и расстройства настроения, которые часто возникают в подростковом возрасте, такие как депрессия, беспокойство, биполярное расстройство и посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), также были связаны с проблемами с развитием миндалины.
Что может объяснить быстрый рост миндалины?
Недавние исследования выявили уникальную группу незрелых нейронов в области миндалины, называемую параламинарными ядрами (PL), которая может помочь объяснить быстрый рост миндалины, но исследователи не имели представления, откуда появились эти клетки или какую роль они играют в зрелом возрасте. Цепи мозга - даже будь то возбуждающие или тормозные, два основных функциональных класса нейронов.
В новом исследовании, опубликованном 21 июня 2019 года в журнале Nature Communications, ученые из лаборатории Артуро Альварес-Буйллы, доктора философии, кафедры Хизер и Мелани Мусс, профессора неврологической хирургии и члена Центра Эли и Эдит Броуд пытаются понять особенности этих клеток и их роль в быстром росте миндалины в детстве.
Снижение процента незрелых клеток в подростковом возрасте
Ученые исследовали посмертную ткань миндалины человека в возрасте от 20 недель до 78 лет. Используя анатомические и молекулярные методы для классификации зрелости и функции отдельных нейронов внутри нейронных кругов, они обнаружили, что процент незрелых клеток в области PL миндалевидного тела остается высоким в течение всего детства, но быстро снижается в подростковом возрасте: от рождения до 13 лет, число незрелых клеток снижается с примерно 90 процентов до чуть менее 70 процентов, но к концу подросткового периода только около 20 процентов клеток PL остаются незрелыми.
Замена незрелых клеток
Основываясь на количественном определении нейронов на разных стадиях развития в сочетании с анализом паттернов экспрессии генов в отдельных нейронах, выделенных из PL, исследователи показали, что по мере исчезновения незрелых клеток они заменяются зрелыми возбуждающими нейронами, что позволяет предположить, что клетки взяли свои место в схеме обработки эмоций зрелой миндалины. Поскольку это первый раз, когда эти нейроны были четко изучены, ученые не знают точно, какую функцию они выполняют, но время их созревания позволяет предположить, что они могут играть роль в быстром эмоциональном развитии, которое происходит в подростковом возрасте.
«Любой, кто встречался с подростком, знает, что он переживает быстрый и порой бурный процесс эмоционального обучения тому, как реагировать на стресс, как формировать позитивные социальные связи и так далее», - сказал Сорреллс. «В то же время подростковый возраст - это период, когда многие психические расстройства, как известно, связаны с первым проявлением миндалины, подтверждая, что, возможно, что-то пошло не так с нормальным процессом эмоционального и когнитивного развития - хотя вопрос о том, участвуют ли эти клетки, остается вопросом для будущих исследований».
Некоторые незрелые нейроны все же остаются
Примечательно, что ученые также обнаружили, что некоторые незрелые нейроны, по-видимому, остаются в миндалине на протяжении всей жизни и даже были обнаружены в одном мозге 77-летнего человека. Эти результаты резко контрастируют с гиппокампом - близлежащей структурой, в которой авторы недавно обнаружили, что новорожденные и незрелые нейроны полностью снижаются до неопределяемого уровня в подростковом возрасте.
«Это согласуется с тем, что мы видели раньше: незрелые нейроны исчезающе редки во взрослом гиппокампе, но, похоже, они сохраняются в миндалине», - сказал Альварез-Буйлла. «Насколько мы можем судить, эти клетки не рождаются на протяжении всей жизни, но, похоже, содержатся в незрелом состоянии с самого рождения, хотя мы не можем сказать это наверняка, учитывая методы, которые мы использовали здесь».
А как происходит у животных?
У других животных, таких как мыши, новые нейроны продолжают рождаться в течение всей жизни в гиппокампе, формирующем память, и, возможно, с низкой частотой в миндалине, что, как полагают исследователи, позволяет мозгу непрерывно перестраивать нервные цепи, чтобы приспособиться к новому опыту. После исследования авторов 2018 года, показывающего, что рождение новых нейронов в человеческом мозге снижается в детстве и очень редко или отсутствует у взрослых, новое исследование предполагает, что человеческий мозг может поддерживать запасы незрелых нейронов в течение всей жизни, используя их».
«Вы можете представить себе, что эти незрелые клетки позволяют мозгу продолжать формировать структуру нервных цепей и их рост, как только вы окажетесь в мире, переживающем то, на что это похоже», - сказал Сорреллс. «Конечно, на данный момент это всего лишь предположение - один из увлекательных вопросов, которые эти результаты открывают для дальнейшего изучения».
Образуются ли ли новые нейроны у взрослого примата или человеческого мозга, остается спорным. В 2018 году Alvarez-Buylla, Sorrells и коллеги опубликовали результаты самого тщательного поиска новых нейронов в человеческом гиппокампе, и они обнаружили, что рождение новых нейронов быстро уменьшалось в детстве и было необнаружимо у взрослых.
Впоследствии другие группы опубликовали данные, которые, по-видимому, показывают новорожденные нейроны в гиппокампе взрослого человека, но Alvarez-Buylla и коллеги считают, что эти исследования слишком сильно полагаются на небольшое количество молекулярных маркеров для нейронов новорожденных. Они показали, что эти маркеры также могут быть обнаружены в полностью зрелых нейронах и в ненейронных клетках, называемых глией, которые, как известно, продолжают делиться на протяжении всей жизни.
