Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 281: волны-уборщики мозга
Новое исследование в Nature пролило свет на хитрый механизм самоочищения мозга! Оказалось, что за поддержание чистоты и порядка ответственны синхронизированные мозговые волны, создаваемые нейронами во время сна – они-то и способствуют усилению глимфатического тока через паренхиму головного мозга. Теперь ценность сна получила еще одно научное подтверждение, а ученые приобрели новый инструмент для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями.
Не так давно научному сообществу удалось объяснить, каким образом мозгу удается удалять продукты обмена: в 2012 году с помощью двухфотонной микроскопии исследователи зафиксировали функционирование так называемой глимфатической системы, ответственной за перфузию спинномозговой жидкости и выведение вместе с ней всевозможных токсичных отходов. Это оказалось очень важным моментом в вопросе возникновения и развития неврологических заболеваний, ведь именно накопление «вредных» метаболитов является отправной точкой для развития болезни Альцгеймера, Паркинсона и многих других. Ряд исследований показал, что глимфатическая система работает гораздо эффективнее ночью, когда человек спит, и почти полностью неактивна, когда он находится в состоянии бодрствования. Однако не было до конца ясно, с чем связана такая ритмичность.
В своей работе ученые из Центр иммунологии мозга и глии Вашингтонского университета продемонстрировали, что нейронные сети могут синхронизировать отдельные потенциалы действий для того, чтобы создать ритмичные ионные волны в межклеточной жидкости. Для этого они провели опыты на спящих мышах, и с помощью методов опто- и хемогенетики, МРТ-сканирования на специальном мощном 9,5-тесловом сканере, а также электрофизиологии и флуоресцентного отслеживания смогли проследить, как ритмичная активация нейронов выступает инициатором перфузии ликвора и очистки головного мозга.
Чтобы проверить свои предположения, исследователи попробовали воспрепятствовать активации нейронов в определенных областях мозга, чтобы те не создавали ритмические волны. Без них спинномозговая жидкость не могла проникнуть в паренхиму головного мозга и вывезти из нее метаболиты. А вот обратная история показала результаты: после оптогенетической стимуляции получилось создать волны, которые значительно усиливали перфузию жидкости.
Таким образом, данное исследование позволило отойти от традиционного представления о глимфатической системе, как о системе, управляемой пульсацией сосудов. Именно нейроны и их слаженная синхронная активность создают условия для движения ликвора и регулирует отток через гематоэнцефалический барьер. Возможно в будущем у нас появится возможность создать все условия для того, чтобы спать меньше, но эффективнее, без вреда для нашего организма!
Текст: Анастасия Буглинина
Neuronal dynamics direct cerebrospinal fluid perfusion and brain clearance by Jiang-Xie L.F., Drieu A., Bhasiin K. et al. in Nature. 2024. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07108-6