Το νέο σχεδιάγραμμα συνδέσεων εγκεφάλου αποκαλύπτει εκτεταμένη προσέγγιση του κεντρικού ρυθμιστή - Ο χάρτης της βασικής συνδεσιμότητας των γαγγλίων αποκαλύπτει βασικούς συνδέσμους με επιπτώσεις για το εύρος των διαταραχών
Χιλιάδες από τις καθημερινές μας δραστηριότητες, από την παρασκευή καφέ έως τη βόλτα έως το γεια μας σε έναν γείτονα, καθίστανται εφικτές μέσω μιας αρχαίας συλλογής εγκεφαλικών δομών που βρίσκονται κοντά στο κέντρο του κρανίου.
Το σύμπλεγμα νευρώνων γνωστό ως τα βασικά γάγγλια είναι ένας κεντρικός κόμβος για τη ρύθμιση ενός τεράστιου φάσματος συνηθισμένων κινητικών και συμπεριφορικών λειτουργιών. Αλλά όταν η σηματοδότηση στα βασικά γάγγλια εξασθενεί ή σπάει, μπορεί να προκύψουν εξουθενωτικές κινήσεις και ψυχιατρικές διαταραχές, όπως η νόσος του Πάρκινσον, το σύνδρομο Tourette, η διαταραχή υπερκινητικότητας έλλειψης προσοχής (ADHD) και η ιδεοψυχαναγκαστική διαταραχή.
Παρά την κεντρική του σημασία στον έλεγχο της συμπεριφοράς, οι συγκεκριμένες, λεπτομερείς διαδρομές μέσω των οποίων ρέουν οι πληροφορίες από τα βασικά γάγγλια προς άλλες περιοχές του εγκεφάλου είχαν παραμείνει κακογραφημένες. Τώρα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας Σαν Ντιέγκο, το Ινστιτούτο Zuckerman του Πανεπιστημίου της Κολούμπια και οι συνεργάτες τους έχουν δημιουργήσει έναν ακριβή χάρτη της συνδετικότητας του εγκεφάλου από τον μεγαλύτερο πυρήνα εξόδου των βασικών γαγγλίων, μια περιοχή γνωστή ως το ουσιαστικό nigra pars reticulata ή SNr. Τα ευρήματα προσφέρουν ένα σχέδιο της αρχιτεκτονικής της περιοχής που αποκάλυψε νέες λεπτομέρειες και ένα εκπληκτικό επίπεδο επιρροής που συνδέεται με τα βασικά γάγγλια.
Τα αποτελέσματα, με επικεφαλής τον βοηθό επιστήμονα του έργου Lauren McElvain πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Νευροφυσικής του καθηγητή David Kleinfeld στο UC San Diego και στο εργαστήριο του κύριου ερευνητή του Ινστιτούτου Zuckerman Rui Costa, δημοσιεύθηκαν στις 5 Απριλίου στο περιοδικό Neuron .
Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο και στο Πανεπιστήμιο της Κολούμπια χαρτογράφησαν το πλήρες σύνολο εξόδων σε όλο τον εγκέφαλο από ένα μέρος του εγκεφάλου που ονομάζεται βασικά γάγγλια. Εδώ, μεμονωμένοι νευρώνες λαμβάνουν δέματα εισόδου (από ραβδωτό σώμα) που ονομαστικά μετατρέπονται σε εντολές που παραδίδονται σε περιοχές του εγκεφάλου που οδηγούν τη συμπεριφορά καθώς και σε εκτελεστικές περιοχές που παρακολουθούν την πρόθεση. Το εύρος των συνδέσεων, που αποκαλύπτεται με σύγχρονα εργαλεία για πρώτη φορά, δίνει κριτική εικόνα για το πώς τα ζώα κινούνται και αξιολογούν τις δικές τους κινήσεις.
Η έρευνα καθιερώνει μια νέα κατανόηση της θέσης των βασικών γαγγλίων στην ιεραρχία του κινητικού συστήματος. Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι πρόσφατα αναγνωρισμένες οδοί που προκύπτουν από τον χάρτη συνδεσιμότητας θα μπορούσαν ενδεχομένως να ανοίξουν πρόσθετους δρόμους για την επέμβαση της νόσου του Πάρκινσον και άλλων διαταραχών που συνδέονται με τα βασικά γάγγλια.
"Με τον λεπτομερή χάρτη κυκλώματος στο χέρι, μπορούμε τώρα να σχεδιάσουμε μελέτες για να προσδιορίσουμε τις συγκεκριμένες πληροφορίες που μεταφέρονται από κάθε διαδρομή, πώς αυτές οι πληροφορίες επηρεάζουν τους νευρώνες για τον έλεγχο της κίνησης και πώς η δυσλειτουργία σε κάθε διαδρομή εξόδου οδηγεί στα διαφορετικά συμπτώματα των βασικών νόσων των γαγγλίων",είπε ο McElvain.
Με υποστήριξη από την έρευνα εγκεφάλου του NIH μέσω της πρωτοβουλίας Advancing Innovative Neurotechnologies® (BRAIN), οι ερευνητές ανέπτυξαν το νέο σχεδιάγραμμα που λειτουργεί σε ποντίκια εφαρμόζοντας ένα σύγχρονο σύνολο εργαλείων νευροεπιστήμης που συνδυάζει τεχνικές από τη γενετική, την ανίχνευση ιών, την αυτοματοποιημένη μικροσκοπική απεικόνιση της ανατομίας ολόκληρου του εγκεφάλου και την επεξεργασία εικόνων. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν εκπληκτικές νέες πληροφορίες σχετικά με το εύρος των συνδέσεων.
"Αυτά τα αποτελέσματα είναι ένα παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο οι ερευνητές υποστηρίζονται από την Πρωτοβουλία BRAIN χρησιμοποιούν τα πιο πρόσφατα εργαλεία χαρτογράφησης εγκεφάλου για να αλλάξουν με θεμελιώδη τρόπο την κατανόησή μας για το πώς οργανώνονται οι συνδέσεις στα κυκλώματα του εγκεφάλου".
Προηγούμενες εργασίες τόνισαν ότι η αρχιτεκτονική των βασικών γαγγλίων κυριαρχείται από έναν κλειστό βρόχο με προβολές εξόδου που συνδέονται πίσω με τις δομές εισόδου. Η νέα μελέτη αποκαλύπτει τις εκπομπές SNr ακόμη και σε χαμηλότερα επίπεδα του συστήματος κινητήρα και συμπεριφοράς. Αυτό περιλαμβάνει ένα μεγάλο σύνολο περιοχών του εγκεφάλου με άμεσες συνδέσεις με τον νωτιαίο μυελό και τους κινητικούς πυρήνες που ελέγχουν τους μύες μέσω μικρού αριθμού παρεμβαλλόμενων συνδέσεων.
Πληροφορίες UC San Diego