Die Kartierung des Gehirns sensorische gatekeeper

Viele Menschen mit Autismus erleben sensorische überempfindlichkeit, Aufmerksamkeitsstörungen, und Schlafstörungen. Eine Gehirn-region, die seit Verwicklung in diese Symptome ist der thalamic retikulären Kern (TRN), die geglaubt wird, um fungieren als gatekeeper für sensorische Informationen, die auf den cortex.

Ein team von Wissenschaftlern vom MIT und der Broad Institute des MIT und Harvard hat nun zugeordnet, die TRN in noch nie da gewesenen detail, enthüllt, dass die region enthält zwei unterschiedliche Teilnetze von Nervenzellen mit unterschiedlichen Funktionen. Die Ergebnisse könnten Forscher mehr spezifische Ziele für die Entwicklung von Medikamenten, die lindern können einige der sensorischen, Schlaf, Aufmerksamkeit und Symptome von Autismus, sagt Guoping Feng, einer der Führer des Forschungsteams.

„Die Idee ist, dass man sehr gezielt eine Gruppe von Neuronen, ohne die das ganze Gehirn und anderen kognitiven Funktionen“, sagt Feng, James W. und Patricia Poitras Professor für Neurowissenschaften am MIT und Mitglied der MIT McGovern Institut für Hirnforschung.

Feng; Zhanyan Fu, associate director für Neurobiologie an der Broad Institute Stanley Center für Psychiatrische Forschung; und Joshua Levin, senior group leader am Broad Institute, sind die senior-Autoren der Studie, die heute in der Natur. Die Hauptautoren sind die ehemaligen MIT-postdoc Yinqing Li, ehemaliger Broad Institute postdoc Violeta Lopez-Huerta, und Broad Institute research scientist Xian Adiconis.

Unterschiedliche Populationen

Wenn der sensorische input aus den Augen, Ohren oder andere Sinnesorgane kommt in unseren Gehirnen, geht es zunächst zum thalamus, die dann relais es auf den cortex, der für höhere-level-Verarbeitung. Beeinträchtigungen dieser thalamo-kortikalen Schaltkreisen führen kann zu Aufmerksamkeitsstörungen, überempfindlichkeit auf Lärm und andere Reize, und schlafen Probleme.

Einer der wichtigsten Wege, steuert den Informationsfluss zwischen dem thalamus und dem cortex ist die TRN, welche verantwortlich sind für die Sperrung, störende sensorische input. Im Jahr 2016, Feng und MIT Assistant Professor Michael Halassa, der auch ein Autor des neuen Natur – Papier, entdeckt, dass der Verlust eines Gens namens Ptchd1 erheblich beeinträchtigt TRN-Funktion. In den Jungen, der Verlust dieses Gens, welche getragen wird auf dem X-Chromosom führen zu Aufmerksamkeitsstörungen, Hyperaktivität, aggression, geistiger Behinderung und Autismus-Spektrum-Störungen.

In dieser Studie fanden die Forscher, dass, wenn die Ptchd1 gen ausgeknockt wurde in Mäusen, die Tiere zeigten viele der gleichen Verhaltens-Mängel gesehen bei menschlichen Patienten. Wenn er ausgeknockt wurde nur in der TRN, der Mäuse zeigten nur Hyperaktivität, aufmerksamkeitsdefizite, und Schlaf-Störungen, was darauf hindeutet, dass die TRN ist verantwortlich für die Symptome.

In der neuen Studie wollten die Forscher versuchen zu lernen, mehr über die spezifischen Arten von Neuronen gefunden in TRN, in der Hoffnung, neue Wege zur Behandlung von Hyperaktivität und Aufmerksamkeitsstörungen. Derzeit werden diese Symptome sind am häufigsten behandelt mit stimulierende Medikamente wie Ritalin, die weitreichende Auswirkungen im gesamten Gehirn.

„Unser Ziel war, herauszufinden, einige spezifische Möglichkeiten, die zur Modulation der Funktion des thalamo-kortikalen Ausgabe und beziehen sich auf neuroentwicklungsstörungen,“, sagt Feng. „Wir haben beschlossen, zu versuchen, mit single-cell-Technologie zu sezieren heraus, welche Zelltypen gibt es, und welche Gene exprimiert werden. Gibt es bestimmte Gene gibt, die druggable als Ziel?“

Zu erkunden, die Möglichkeit, die Forscher sequenzierten die messenger-RNA-Moleküle in den Neuronen des TRN, die zeigt, Gene, ausgedrückt in den Zellen. Dieses erlaubt Ihnen, zu identifizieren, die Hunderte von Genen, die verwendet werden könnten, um eine Differenzierung der Zellen in zwei Subpopulationen, basierend auf wie stark Sie drücken auf diese bestimmten Gene.

Sie fanden heraus, dass eine dieser Zell-Populationen befindet sich im Kern von der TRN, während die anderen Formen eine sehr dünne Schicht umgibt den Kern. Diese zwei Populationen bilden auch verbindungen zu den verschiedenen teilen des thalamus, die Forscher gefunden. Basierend auf diesen verbindungen, die Forscher vermuten, dass die Zellen im Kern sind beteiligt an der Weiterleitung der sensorischen Informationen an das Gehirn cortex, während die Zellen in der äußeren Schicht erscheinen zu helfen, koordinieren Informationen, die über verschiedene Sinne, wie sehen und hören.

„Druggable targets“

Die Forscher planen nun zu untersuchen die unterschiedlichen Rollen, die diese beiden Populationen von Neuronen, die in einer Vielzahl von neurologischen Symptomen, darunter Aufmerksamkeitsstörungen, überempfindlichkeit und Schlafstörungen. Mit genetischen und optogenetische Techniken, die Sie hoffen, zu bestimmen, welche Auswirkungen die Aktivierung oder Hemmung verschiedener TRN Zelltypen, oder exprimierten Gene in diesen Zellen.

„Das kann uns helfen, in der Zukunft wirklich entwickeln spezifische druggable Ziele, die potenziell modulieren verschiedene Funktionen“, sagt Feng. „Thalamo-kortikalen schaltkreise kontrollieren viele verschiedene Dinge, wie sensorische Wahrnehmung, Schlaf, Aufmerksamkeit und Wahrnehmung, und es kann sein, dass diese ausgerichtet werden können, genauer gesagt.“

Dieser Ansatz könnte auch nützlich sein für die Behandlung von Aufmerksamkeit oder überempfindlichkeit Erkrankungen, selbst wenn Sie sind nicht verursacht durch Mängel in der TRN-Funktion, sagen die Forscher.