211service.com
Geïmplanteerde neuronen laten de hersenen zichzelf opnieuw bedraden
Het transplanteren van foetale neuronen in de hersenen van jonge muizen opent een nieuw venster op neurale plasticiteit, of flexibiliteit in de neurale circuits van de hersenen. Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , suggereert dat het vermogen van de hersenen om zich radicaal aan te passen aan nieuwe situaties in de jeugd misschien niet permanent verloren gaat, en helpt om de factoren aan te wijzen die nodig zijn om deze plasticiteit opnieuw te introduceren.
Weer flexibel: Neuronen die van een embryo in de hersenen van een jonge muis zijn getransplanteerd, worden hier getoond. Deze neuronen veroorzaken een nieuwe periode van neurale plasticiteit in de hersenen van de dieren.
Een beter begrip van de plasticiteit van de hersenen zou op een dag kunnen wijzen op nieuwe manieren om hersenletsel en andere neurologische problemen te behandelen door de hersenen terug te brengen naar een jongere, meer kneedbare staat. [De bevindingen] onthullen dat er een factor moet zijn die plasticiteit in de hersenen kan veroorzaken, zegt Michael Stryker , een neurowetenschapper aan de Universiteit van Californië, San Francisco, die betrokken was bij het onderzoek. We hopen dat toekomstige studies zullen onthullen wat het is dat de cellen in staat stelt deze nieuwe periode van plasticiteit te induceren.
In de studie onderzochten onderzoekers een bekend fenomeen dat wordt waargenomen in het visuele systeem van zowel muizen als mensen, tijdens wat bekend staat als de kritieke periode van ontwikkeling. Als jonge dieren tijdens dit traject geen visuele input in één oog krijgen - ongeveer 25 tot 30 dagen oud bij muizen - zullen hun visuele systemen opnieuw worden bedraad om de visuele input van het functionerende oog te maximaliseren. Als gevolg hiervan wordt het zicht in het andere oog permanent aangetast. De cortex zegt: 'Ik krijg geen informatie van deze kant, dus let gewoon op het andere oog', zegt Arturo Alvarez-Buylla , ook onderdeel van het UCSF-team. Na de kritieke periode heeft het beroven van één oog weinig invloed op de lange termijn op het gezichtsvermogen.
Om erachter te komen wat de neurale plasticiteit in deze periode veroorzaakt, namen de onderzoekers een specifiek type neuron uit de hersenen van foetale muizen en enten ze in muizen die net waren geboren of ongeveer 10 dagen oud waren. Deze cellen staan bekend als remmende interneuronen en geven een chemisch signaal af dat naburige cellen tot rust brengt, waardoor het moeilijker voor ze wordt om te vuren. De getransplanteerde neuronen, gelabeld met een fluorescerende marker, begonnen te migreren naar hun normale plaats in de hersenen en maakten verbindingen met de aanwezige neuronen.
De muizen gingen door de typische kritieke periode, op een leeftijd van ongeveer 28 dagen. Maar de getransplanteerde neuronen leken een tweede kritieke periode op te wekken, die eerder was afgestemd op de leeftijd van de getransplanteerde cellen dan op de leeftijd van de dieren. De latere kritieke periode deed zich voor toen de getransplanteerde neuronen ongeveer 33 tot 35 dagen oud waren, dezelfde leeftijd als residente remmende interneuronen tijdens de normale kritieke periode. (De neuronen ontstaan vóór de geboorte in de hersenen.)
Wetenschappers weten nog niet zeker hoe de cellen deze tweede periode van kneedbaarheid induceren. Het team van Stryker en anderen hadden eerder aangetoond dat de remmende signalering van de cellen een sleutelrol speelt - de kritieke periode kan worden uitgesteld of eerder worden veroorzaakt door de remmende effecten van de cellen na te bootsen met medicijnen, zoals valium. Maar in deze eerdere experimenten was het niet mogelijk om een tweede kritieke periode na de normale te induceren. Als je het eenmaal hebt gehad, kun je er nooit meer een krijgen, tenminste tot deze transplantatie-experimenten, zegt Stryker. Dat laat zien dat er iets anders is dan alleen de remmende [chemische stof] die ze afgeven die bij dit proces betrokken moet zijn. Onderzoekers zijn van plan verschillende soorten remmende neuronen te transplanteren, in een poging het specifieke celtype te vinden dat verantwoordelijk is.
Ik zou graag willen zien of dezelfde soort transplantatie werkte bij oudere dieren, zegt Jianhua Cang , neurowetenschapper aan de Northwestern University in Chicago. Dit werk is een belangrijke vooruitgang, maar als men het bij volwassen dieren kan doen, zou het nog opmerkelijker zijn. En het opent de mogelijkheid van therapeutisch potentieel. Cang was niet betrokken bij het huidige onderzoek, dacht dat hij eerder met de auteurs heeft gewerkt.
De bevindingen kunnen verstrekkende implicaties hebben voor hoe we denken over de aard van plasticiteit in de hersenen. Mensen hebben een vergelijkbare kritieke periode, hoewel deze fase bij mensen langer is dan bij muizen. Zuigelingen en kinderen met een lui oog of cataract zullen permanent gezichtsverlies lijden als het probleem niet wordt verholpen voordat ze ongeveer acht jaar oud zijn, zegt Takao Henscho , een neurowetenschapper in het Children's Hospital Boston, die niet betrokken was bij het huidige onderzoek. (Tijdens normale ontwikkeling wordt deze periode van plasticiteit belangrijk geacht voor het ontwikkelen van een evenwichtige input van beide ogen, wat cruciaal is voor binoculair zicht.)
Het fenomeen is niet beperkt tot het visuele systeem - wetenschappers denken dat de meeste delen van de cortex een vergelijkbare periode van verhoogde kneedbaarheid ondergaan. Kinderen kunnen bijvoorbeeld bepaalde geluiden na een bepaalde leeftijd niet meer horen. Het klassieke voorbeeld zijn kinderen die opgroeien in Japan, zegt Hensch. Ze verliezen uiteindelijk het vermogen om onderscheid te maken tussen 'R'- en 'L'-geluiden.
Als wetenschappers een gecontroleerde manier kunnen vinden om plasticiteit in specifieke delen van de hersenen te veroorzaken, zou dit nieuwe wegen openen voor de behandeling van een verscheidenheid aan aandoeningen. Volwassenen met hersenbeschadiging door een beroerte of hoofdtrauma hebben een zekere mate van reorganisatie in de hersenen, waardoor de plasticiteit het herstel zou kunnen verbeteren.
Van veel psychiatrische ziekten wordt erkend dat ze een neurologische oorsprong hebben, met name gebreken in remmende circuits, zegt Hensch. Veel genen die verband houden met autisme kunnen bijvoorbeeld een onbalans veroorzaken in opwinding en remming in neurale signalering, zegt hij. Als je die onbalans kunt herstellen, kun je je voorstellen dat je tijdens de ontwikkeling of later in je leven ingrijpt om te proberen de hersenfunctie te herstellen.
Toch ligt er een lange weg voor de boeg. Om dit type celtransplantatie op mensen toe te passen, zouden wetenschappers eerst een betrouwbare bron van de benodigde cellen moeten ontwikkelen, misschien door geïnduceerde herprogrammering van pluripotente stamcellen. Ze zouden dan moeten aantonen dat de cellen veilig in de hersenen kunnen worden getransplanteerd. Uitzoeken hoe u op de juiste manier kunt profiteren van de hernieuwde plasticiteit, vormt een andere hindernis. Het is niet duidelijk of patiënten een specifieke training of medicamenteuze behandeling nodig hebben om beschadigde neurale circuits goed te reorganiseren. Voor hogere cognitieve functies moet je mensen mogelijk cognitief trainen in de aanwezigheid van plasticiteitsverhogende neuronen, zegt Hensch.
In het ideale geval zou het leuk zijn om een manier te vinden om [de geboorte van nieuwe neuronen in de hersenen] door middel van farmacologische of omgevingsfactoren te overhalen om meer van deze remmende cellen te laten verschijnen, zegt hij. Dat lijkt een hele uitdaging, maar dit onderzoek geeft ons hoop dat het het proberen waard is.