Впервые группа ученых из Института нейронаук, объединяющего Испанскую национальную исследовательскую совет и Университет Мигеля Эрнандеса в Эльче реконструировала процесс установления мозжечком связей с остальными отделами мозга на самых ранних этапах жизни. В работе, опубликованной в журнале Материалы Национальной академии наук (PNAS) , в работе детально рассмотрены стадии формирования, увеличения и улучшения указанных нейронных связей, и также впервые представлена всесторонняя карта развития мозжечковых проекций в мозге мыши.
Традиционно считается, что мозжечок отвечает за координацию движений, однако всё больше исследований подтверждают его участие и в других процессах, включая эмоциональную регуляцию, социальное поведение и когнитивные функции. До недавнего времени оставалось неясным, на каком этапе развития начинается взаимодействие мозжечка с другими отделами мозга, ведь именно оно лежит в основе выполнения его задач. Этот вопрос стал стимулом для работы исследовательской группы во главе с Хуаном Антонио Морено Браво из Национального института.
Учёные установили, что пути, связывающие мозжечок с другими участками мозга, формируются по чёткой и упорядоченной схеме. «Мы обнаружили, что проекции мозжечка начинают развиваться на ранних этапах, ещё в период эмбрионального развития, когда первые аксоны устанавливают соединения с предназначенными для них областями», – рассказывает Морено Браво. После этого связи стремительно и значительно расширяются, что соответствует интенсивному росту мозга в раннем возрасте. В дальнейшем, в течение первых недель после рождения, нейронные цепи проходят стадию созревания, в процессе которой устанавливаются окончательные связи. «Выявленная последовательность этапов позволила нам определить периоды, в течение которых мозжечок может начать оказывать воздействие на другие области мозга, даже несмотря на то, что он всё ещё находится в стадии развития. Эти ранние этапы критически важны для понимания формирования внутренней структуры мозга», – заключает исследователь.
Благодаря комплексному применению современных генетических технологий и способов трёхмерной визуализации мозга, была проведена эта работа. Специальные флуоресцентные маркеры позволили исследователям идентифицировать различные нейроны глубоких ядер мозжечка — основного пути, по которому информация покидает мозжечок. После этого были применены современные методы просветления тканей и микроскопии для визуализации аксонов в трёх измерениях и отслеживания их маршрута от места отхождения до областей, в которые они направлены.
«Наблюдение за формированием трехмерных проекций в эмбрионе и их распространением по всему мозгу оказалось поистине захватывающим», — отмечает Ракель Мурсия Рамон, первый автор исследования. «Многие из этих связей ранее не изучались с такой детализацией, и возможность отслеживать их развитие во времени дала нам возможность реконструировать полную историю формирования этих цепей», — добавляет она.
В дополнение к детальному картированию, полученные данные указывают на более фундаментальную концепцию: мозжечок способен играть более раннюю и значительную роль в развитии мозга, чем считалось ранее. «Ранее предполагалось, что мозжечок созревает в конце процесса и его вклад в сложные когнитивные функции проявляется постепенно, лишь на более поздних этапах. Новое исследование показывает обратное: формирование сети мозжечка начинается на ранних сроках, и он может активно участвовать в создании связей в других областях мозга уже на начальных этапах развития», – поясняет Морено Браво. По его мнению, это позволяет пересмотреть представление о роли мозжечка. Он не просто оказывает позднее влияние на движения, а является одним из ключевых элементов, способствующих формированию более обширных нейронных сетей».
Разработанная исследователями карта служит основополагающим ресурсом для изучения организации связей мозжечка с момента зарождения. Она также предоставляет детальный график, позволяющий отслеживать, как ранний опыт, генетика или внешние факторы способны воздействовать на развитие мозжечка и, как следствие, на нейронные сети, с которыми он взаимодействует.
«По мнению ученых, данная работа позволяет понять не только роль мозжечка в нормальном развитии мозга, но и то, как его изменения способны вызывать отклонения, включая состояния, связанные с проблемами в развитии нервной системы.
[Фото: Институт нейронаук UMH CSIC / Хуан Антонио Морено Браво ]