Область префронтальной коры человеческого мозга отвечает за ряд сложных функций — от принятия решений до определенных типов памяти. Когда что-то идет не так в этой части мозга, это может быть очень пагубно для познания и поведения. Фактически, дисфункция в префронтальной коре связана с несколькими психическими заболеваниями, включая шизофрению и серьезное депрессивное расстройство.
Исследователи из Йельского университета и их коллеги из Венгрии обнаружили, что клетки в гипоталамусе — области мозга, которая контролирует такие функции, как чувство голода и температуру тела, — играют важную роль в формировании структуры и функции префронтальной коры у мышей. Открытие, которое может дать ключ к пониманию того, как работает эта область мозга.изменяются при заболеваниях и открывают новые возможности для лечения.
Они сообщили о своих результатах в журнале Molecular Psychiatry.
Для исследования исследователи сосредоточились на нейронах, связанных с пептидом агути (AgRP), расположенных в области гипоталамуса головного мозга. Эти нейроны контролируют чувство голода и регулируют как пищевое, так и некормовое поведение, такое как поиск вознаграждения и связь между потомством и родителями, среди прочего.
Когда исследователи нарушили работу нейронов AgRP у мышей, они обнаружили, что в префронтальной коре меньше нейронов, чем у здоровых животных.
«Оставшиеся нейроны были меньше, чем обычно, и вели себя по-другому в ответ на сигналы от организма и сигналы от окружающих клеток», — сказал Тамас Хорват, профессор сравнительной медицины Джин и Дэвида Уоллес в Йельском университете и старший автор исследования.
Нейроны AgRP не имеют прочных прямых связей с корой головного мозга. Но они проецируются на другие области мозга, которые соединяются с префронтальной корой. Хорват и его коллеги обнаружили, что нейроны в одной из этих областей — области среднего мозга, известной как вентральная тегментальная область, — были сверхактивны, когда были повреждены нейроны AgRP. Затем эти сверхактивные нейроны выделяли больше дофамина, нейротрансмиттера, в префронтальной коре, чем обычно у здоровых мышей, что, в свою очередь, негативно влияло на поведение мышей. Например, они обнаружили, что мыши гораздо больше двигались и имели ненормальные реакции на испуг.
Имеет смысл, что эти нейроны, которые контролируют голод и питание, будут влиять на кору и поведение, говорит Хорват.
«Когда вы голодны, вам нужно выстроить все свои действия, чтобы вы могли найти еду и съесть ее», — сказал он. «И когда вы больше не голодны, вам нужно изменить свое поведение, чтобы сосредоточиться на том, что важно в данный момент».
После выявления воздействия поврежденных клеток AgRP на кору головного мозга исследователи попытались предотвратить их. Они обнаружили, что клозапин — тип антипсихотика, который блокирует действие дофамина и используется для лечения шизофрении, — способен предотвратить некоторые из этих проблем, включая потерю нейронов, если принимать его в нужное время.
По словам Хорвата, когда дело доходит до этих изменений в коре головного мозга, время имеет решающее значение. В исследовании нарушения начали проявляться в период полового созревания, когда мозг все еще развивается и уязвим. Это также повлияло на прием клозапина.
«И это говорит нам о том, что если вы играете с гомеостатическими функциями в этот конкретный период времени, скажем, сидя на диете или переедая, вы можете иметь долгосрочные последствия для своих корковых функций», — сказал он.
Важность этого периода развития может пролить свет на психические заболевания, которые часто возникают в позднем подростковом возрасте, и на то, почему употребление психоактивных веществ в это время может иметь долгосрочные последствия для поведения, физиологии и болезней.
Эти результаты также могут стать новой мишенью для лечения. Клетки AgRP в гипоталамусе находятся за пределами гематоэнцефалического барьера, функции мозга, которая защищает его от вредных веществ и предотвращает попадание многих лекарств в ткани мозга.
«Это означает, что эти клетки легко доступны для вмешательства», — сказал Хорват. «Возможно, их можно использовать для изменения расстройств высших областей мозга».
Исследование также добавляет к растущему количеству доказательств того, что на функцию коры влияют более примитивные области мозга и другие части тела. Недавно Хорват показал, как клетки AgRP могут также влиять на кору головного мозга через посредничество печени.
«Фундаментальное сообщение здесь заключается в том, что в мозге существует очень диффузная связь по разным путям», — сказал Хорват. «Примитивные области, такие как гипоталамус, влияют на высшие области коры головного мозга через бесчисленное количество коммуникаций, которые включают процессы мозга, но также и периферические ткани. Мы возвращаемся к дебатам между Камилло Гольджи и Рамоном и Кахалем, которые разделили Нобелевскую премию в 1906 году, но не согласились с принципами работы мозга. Наши результаты, похоже, подтверждают забытые аргументы Камилло Гольджи».