Как мозжечок выстраивает свои связи с остальным мозгом на ранних стадиях развития

Впервые группа исследователей из Института нейронаук (IN), совместного центра Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Университета Мигеля Эрнандеса в Эльче (UMH), реконструировала, как мозжечок устанавливает свои связи с остальным мозгом на самых ранних этапах жизни.

Работа, опубликовано в журнале Труды Национальной академии наукподробно описывает фазы, во время которых эти нейронные связи возникают, расширяются и совершенствуются, предлагая первую полную карту развития мозжечковых проекций в мозге мыши.

Хотя мозжечок традиционно ассоциировался с контролем моторики, все больше данных показывает, что он также играет роль в таких процессах, как эмоциональная регуляциясоциальное поведение и другие когнитивные функции. Однако до сих пор не было точно известно, когда он начал взаимодействовать с другими областями мозга, общение, которое является фундаментальным для этих ролей мозжечка. Этот пробел мотивировал работу группы «Развитие, подключение и функционирование цепей мозжечка» под руководством Хуана Антонио Морено Браво в IN.

Три ключевых этапа

Команда показала, что пути, соединяющие мозжечок с другими областями мозга, развиваются по высокоорганизованной схеме.

«Мы наблюдали, что проекции мозжечка начинают формироваться очень рано, уже в эмбрионе, когда первые аксоны начинают соединяться со своими целевыми областями», — объясняет Морено Браво. Эти связи затем быстро и масштабно расширяются, сопровождая интенсивный рост мозга, который происходит на этих ранних стадиях.

Наконец, в течение первых недель после рождения эти цепи проходят период совершенствования, в ходе которого закрепляются окончательные связи.

«Эта поэтапная последовательность позволила нам определить периоды, когда мозжечок может начать влиять на другие области мозга, даже когда он все еще находится на незрелой стадии развития. Эти ранние периоды представляют собой очень важные окна для понимания того, как мозг устанавливает свою внутреннюю архитектуру», — добавляет исследователь.

Эта работа стала возможной благодаря сочетанию передовых генетических инструментов и методов трехмерной визуализации всего мозга. Используя специальные флуоресцентные маркеры, исследователи пометили различные нейроны глубоких ядер мозжечка, основного выходного пути мозжечка. Затем они применили передовые методы очистки тканей и микроскопии, чтобы визуализировать аксоны в трех измерениях и отслеживать их траекторию от источника к целевым областям.

«Наблюдение за этими проекциями в 3D, за тем, как они возникают в эмбрионе и распространяются по мозгу, было поистине захватывающим», — говорит Ракель Мурсия Рамон, первый автор исследования. «Многие из этих связей никогда не наблюдались с такой точностью, и возможность наблюдать их эволюцию во времени позволила нам восстановить полную историю развития этих цепей».

Помимо детального картирования, результаты указывают на более широкую идею: мозжечок может играть гораздо более раннюю и более влиятельную роль в формировании развивающегося мозга, чем считалось ранее.

«Традиционно считалось, что мозжечок созревает поздно и что его участие в сложных функциях проявляется постепенно и только на более поздних стадиях. Наша работа предполагает обратное: мозжечок начинает строить свою сеть очень рано и уже на начальных этапах развития может активно способствовать формированию цепей в других областях мозга», — объясняет Морено Браво.

Эта точка зрения, утверждает он, «может помочь нам переосмыслить роль мозжечка в развитии не как позднего модулятора движения, а как раннего узла, способствующего построению более широких сетей мозга».

Карта, созданная командой IN CSIC-UMH, представляет собой справочный инструмент для понимания того, как структурированы связи мозжечка с самого начала жизни. Кроме того, он обеспечивает подробную временную основу для изучения того, как ранний опыт, генетические факторы или условия окружающей среды могут изменить развивающийся мозжечок и, следовательно, нейронные сети, с которыми он соединяется.

«Эта работа закладывает основу для изучения не только того, как мозжечок способствует типичному развитию мозга, но и того, как изменения мозжечка может вызвать патологические состояния, в том числе связанные с нарушениями нервного развития», — отмечают исследователи.