Исследования на мышах показывают, что иммунные клетки мозга постоянно исследуют окрестности на предмет перевозбужденных нервных клеток. Результаты могут пролить свет на неврологические состояния, при которых нервы «гипервозбудимы», такие как эпилепсия и болезнь Альцгеймера.

Днем и ночью иммунные клетки мозга, называемые микроглией, беспокойно расширяют и втягивают ветвистые «процессы» в свое окружение.

Среди нейробиологов установилось мнение, что клетки ищут вторгшиеся патогены или доказательства повреждения.

«Для меня это никогда не имело смысла», - говорит доктор Катерина Акассоглу, старший исследователь в Институте Гладстона в Сан-Франциско, Калифорния.

«Почему клетка тратит столько энергии на то, что может никогда не произойти? Я всегда думала, что должна быть еще одна причина, по которой микроглия постоянно находится в движении, вероятно, связанная с нормальной функцией мозга », - добавляет она.

Доктор Акассоглу и ее коллеги показали, что клетки используют свои процессы для отслеживания соседних нервных клеток на предмет признаков перевозбуждения. Когда они касаются сверхактивных клеток, процессы каким-то образом ограничивают их активность и предотвращают судороги.

«Кажется, что микроглия чувствует, какой нейрон собирается стать чрезмерно активным, и контролирует его, вступая в контакт с ним, что предотвращает эскалацию активности этого нейрона», - объясняет доктор Марио Мерлини, соавтор исследования и бывший исследователь. ученый в лаборатории доктора Акассоглу, который в настоящее время возглавляет группу в Университете Кан-Нормандии во Франции.

Неактивная микроглия

Известно, что гипервозбудимые нейроны вовлечены в широкий спектр неврологических состояний, включая болезнь Альцгеймера , черепно-мозговые травмы , эпилепсию и аутизм .

После многих лет попыток исследователям в лаборатории доктора Акассоглу удалось создать линию мышей под названием Mg PTX , в которой микроглия живая, но не может отправлять процессы.

«Это было вызвано исключительно любопытством», - говорит д-р Акассоглу. «Мы просто хотели знать, почему эти клетки все время движутся и что происходит с мозгом, если они останавливаются?»

Некоторое время с мышами все было в порядке, но затем у некоторых из них начались судороги.

Припадки возникают при неконтролируемом всплеске электрической активности мозга.

Чтобы наблюдать эффекты чрезмерной стимуляции на дискретную часть мозга мыши, ученые разработали новую технику постоянного щекотки усов нормальных мышей и мышей Mg PTX, когда они бегают на колесе.

Автоматическая модель стимуляции усов позволила ученым визуализировать сверхактивные нейроны в коре головного мозга, где происходит обработка сигналов от усов.

Исследователи обнаружили, что у генетически нормальных мышей микроглия в первую очередь расширяет свои отростки в сторону активных нейронов.

Важно отметить, что исследователи обнаружили, что когда процесс касается активного нейрона, активность клетки больше не увеличивается. Напротив, у мышей Mg PTX , микроглия которых не может рассылать ответвления, этого успокоения гипервозбудимых нервов не происходит.

«[В] нашей мышиной модели, где движения микроглии заморожены, мы обнаружили, что активность соседних нейронов продолжает увеличиваться, что немного похоже на нагреватель со сломанным термостатом», - говорит доктор Мерлини.

«Это изменило наше представление о том, как регулируется активность нейронов в мозге. Микроглия - это не переключатель, а термостат мозга, контролирующий чрезмерную нейронную активность », - объясняет он.

Ученые сообщают о своем исследовании в журнале Nature Neuroscience .

Гиперсинхрония

Известно, что воспаление и дегенерация нервов в головном мозге нарушают то, как микроглия исследует окружающую среду.

Доктор Хорхе Палоп, соавтор исследования и младший научный сотрудник Института Гладстона, объясняет:

«Сетевая гипервозбудимость может наблюдаться у пациентов с эпилепсией и в других состояниях, при которых эпилепсия более вероятна, таких как болезнь Альцгеймера и аутизм. А гиперактивный мозг заставляет большое количество нейронов срабатывать (или становиться активными) одновременно - процесс, известный как гиперсинхрония, который может приводить к спонтанным припадкам ».

Авторы надеются, что их результаты вдохновят на новые методы лечения, которые улучшают способность мозга поддерживать электрическую активность в безопасных пределах.

В своем исследовании они смогли химически восстановить способность микроглии у мышей Mg PTX отправлять процессы и обследовать окрестности на предмет избыточной активности.

Когда пощекотали усы животных, их вновь восстановленная микроглия вернула нейронную активность к нормальному уровню.

«При многих заболеваниях головного мозга способность микроглии исследовать мозг нарушается, - говорит д-р Акассоглу. «Теперь у нас есть модель для изучения последствий нарушения наблюдения за микроглией на воспаление мозга и когнитивные функции при заболеваниях, включая болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз , а также инфекцию мозга вирусами, такими как COVID-19».