あなたの脳にはリズムがある

あなたの脳にはリズムがある

ソークの科学者は、パーキンソン病、ALS、その他の疾患における機能不全の動きをよりよく理解するために、「サーキットイド」と呼ばれる合成脳システムを作成しています

ラホーヤ — 誰もがフレッド・アステアやマイケル・ジャクソンであるわけではありませんが、左足が XNUMX 本あるように見える私たちでさえ、脳の中にリズムを持っています。 呼吸から歩行、咀嚼まで、私たちの日常はニューロンのリズミカルな発火に依存する反復的な動作で満たされています。 しかし、より良い洞察が次のような疾患の新しい治療法につながる可能性があるにもかかわらず、そのような一見普通の行動を支える神経回路は完全には理解されていません。 パーキンソン病、ALS、自閉症.

最近、ソーク研究所の神経科学者らは、ニューロンのこのリズミカルなパターンを研究するために、幹細胞を使用して皿の中に自己完結型の脊髄系の多様なネットワーク（サーキットイドと呼ばれる）を生成した。 この作品は、14 年 2017 月 XNUMX 日号のオンライン版に掲載されます。 eLife、回路イドの一部は、外部からの刺激を受けずに、反復運動を引き起こすことが知られている種類の自発的で調和のとれたリズミカルな活動を示したことが明らかになりました。

「数兆ではないにしても文字通り数十億の接続を持つ大規模なニューロンのグループがどのように情報を受け取り、それを処理するかを考えるのは依然として非常に困難です」とこの研究の主著者であるソーク教授は述べています。 サミュエル・パフ、誰も ハワードヒューズメディカルインスティチュート 捜査官であり、ベンジャミン・H・ルイス委員長を務めている。 「しかし、皿の中でこの種の単純な回路を開発することで、実際の脳の回路がどのように動作するかの原理の一部を抽出できるようになると私たちは考えています。その基本的な情報があれば、病気で物事がどのようにおかしくなるかを理解し始めることができるかもしれません。」

脳と脊髄の神経細胞は、電子回路と同じように互いに接続されています。 そして、電子回路が多くのコンポーネントで構成されているのと同じように、神経系には目もくらむような多数のニューロンが含まれており、その結果、多くの場合、数十万の細胞からなるネットワークが形成されます。 これらの複雑な神経回路をモデル化するために、ファフ研究室はマウスの胚性幹細胞を刺激して脊髄ニューロンのクラスターに成長させ、これをサーキットイドと名付けました。 各回路イドには、通常、肉眼で確認できる程度の大きさの、異なる比率のニューロン サブタイプを含む 50,000 個の細胞の塊が含まれています。

研究者らは、分子ツールを使用して、V1、V2a、V3、および運動ニューロンと呼ばれる、運動に不可欠な興奮性（電気信号の促進）ニューロンと抑制性（電気信号の停止）ニューロンの両方の2つの主要なサブタイプにタグを付けました。 ハイテク顕微鏡を使用してサーキットイド内の細胞をリアルタイムで観察した結果、研究チームは、V3a または V3 興奮性ニューロンまたは興奮性運動ニューロン (筋肉を制御する) のみで構成されるサーキットイドはリズミカルに自発的に発火するが、抑制性ニューロンのみで構成されるサーキットイドは自発的に発火しないことを発見しました。 。 興味深いことに、抑制性ニューロンを VXNUMX 興奮性サーキットイドに追加すると発火速度が速くなりますが、抑制性ニューロンを運動サーキットイドに追加すると、ニューロンがサブネットワーク、つまりサーキットイド内の神経活動のより小さな独立した回路を形成するようになりました。

「これらの結果は、ネットワーク内で興奮性ニューロンと抑制性ニューロンの比率を変えることが、実際の脳がリズミカルな活動を制御する複雑だが柔軟な回路を作成する方法である可能性があることを示唆しています」とパフ氏は言う。 「サーキットイドは、私たちがシームレスな方法で世界を移動するときに、より複雑な種類の行動につながる複雑な神経制御の基礎を明らかにすることができます。」

これらのサーキットイドには、相互接続されたネットワークとして活発に機能してパターン化された発火を生成するニューロンが含まれているため、他の種類の細胞培養システムよりも脳の正常な側面をより厳密にモデル化できるとファフ氏は考えています。 この新しい技術は、回路に影響を与える病気のプロセスをより正確に研究するだけでなく、回路内の細胞型の比率を変えることによって機能不全に陥った脳活動を治療できるメカニズムも示唆している。

その他の著者: マシュー J. スターンフェルド、クリストファー A. ヒンクレー、ナイル J. ムーア、マシュー T. パンクラッツ、キャスリン L. ヒルデ、ショーン P. ドリスコル、林真理人、ニール D. アミン、ダリオ ボナノミ、ウェスリー D. ギフォード、そしてソークのマーティン・ゴールディング。 とカマル・シャルマ イリノイ大学、シカゴ.

この作業は、によって資金提供されました。 国立癌研究所 国立衛生研究所で。 の ローズヒルズ財団; ザ・ HA およびメアリー K. チャップマン慈善信託; ザ・ カリフォルニア大学サンディ​​エゴ校、神経科学大学院プログラム。 米国国立研究サービス賞フェローシップ 米国国立衛生研究所国立神経障害・脳卒中研究所; ザ・ 全米科学財団; 文部科学省長期学生支援制度ティムケン・スタージス財団。 の カリフォルニア再生医療研究所; ハワード・ヒューズ医学研究所。 の クリストファー アンド ダナ リーブ財団; ザ・ マーシャル ヘリテージ財団; そしてソル・ゴールドマン慈善信託。