Затруднённость движений — один из основных признаков болезни Паркинсона — происходит оттого, что нейроны, контролирующие двигательную активность, испытывают нехватку дофамина. Нейроны эти находятся в полосатом теле мозга, куда стекаются сигналы от неокортекса и совсем небольшого участка нервной ткани, называемой чёрной субстанцией. Если некортекс занят как раз передачей сенсорной информации и планированием движений, то чёрная субстанция обеспечивает двигательным нейронам ту самую дофаминовую поддержку. От того, как двигательные нейронные цепи обеспечены дофамином, зависит и возможность мускульного сокращения, и то, как оно будет происходить: сильно или слабо, быстро или медленно, один или несколько раз подряд.
При паркинсонизме мозг человека вполне понимает, что и как нужно сделать, однако не может выполнить задачу из-за отсутствия координации между двигательными нейронами. (Фото Ed Kashi.)
Болезнь Паркинсона появляется тогда, когда начинают умирать нейроны, соединяющие полосатое тело с резервуаром дофамина — чёрной субстанцией. Больным стараются восполнить недостачу дофамина, но такой способ работает до поры до времени. В общем, у учёных до сих пор было слишком общее представление о том, что в этом случае происходит в мозгу с нейронами, которые лишились дофаминовой поддержки. Чтобы выяснить подробности начала и развития заболевания, исследователи из Массачусетского технологического института (США) под руководством Энн Грейбил отключали полосатое тело от поставок дофамина. Затем крыс запускали в водяной лабиринт и следили за активностью отдельных нервных клеток в полосатом теле.
Нейроны, интересовавшие исследователей, делились на три типа: первые два общались с неокортексом и отвечали за параметры движения (например, когда начать двигаться, а когда остановиться), последний же связывал между собой клетки внутри полосатого тела. В свою очередь, нейроны, отвечающие за связь с корой, делились на два типа: одни активировались перед тем, как начать движение, а другие работали всё время, пока движение совершалось. В итоге выяснилось, что отсутствие дофамина бьёт по нейронам внутренней связи. Что же до тех, которые помогали обмениваться информацией с корой и определяли, когда начать двигаться и сколько это движение продолжать, то такие нейроны были активны, как обычно. Однако их включённость заметно возрастала по мере того, как крыса выучивала план лабиринта, — то есть нейроны, отвечающие за планирование действий, становились ненормально гиперактивны.
Когда животным вводили дофамин извне, это восстанавливало нормальную активность клеток, связанных с корой: они переставали слишком сильно «напрягаться». Однако добавочный дофамин никак не влиял на внутреннюю связь в полосатом теле. В общем, можно сказать, что при развитии болезни Паркинсона утрачивается взаимная координация двигательных нейронов — и мозг старается компенсировать это повышенной готовностью к движению. То есть мышечная работа всё более тщательно планируется, но всё хуже выполняется. Двигательный центр чётко понимает, где, когда и какое мышечное сокращение нужно, но совершить его не удаётся, и из-за этого предпринимаются всё новые и новые попытки. И чем лучше мозг представляет себе задачу (в данном случае — чем лучше он выучил лабиринт), тем сильнее перегреваются нейроны внешней связи.
Это первая работа, в которой эффект от болезни Паркинсона соотнесён не только с типом нервных клеток, но и с разными стадиями нейронной работы, которая сопровождает мышечную активность. В дальнейшем исследователи планируют проверить влияние нехватки дофамина в разных районах мозга, чтобы как можно полнее представить связь болезни с изменениями в поведении. Что же до практического значения, то, возможно, если в будущем удастся сделать так, чтобы и нейроны внутренней связи чувствовали вводимый дофамин, это позволит если не остановить болезнь, то хотя бы сильно её замедлить.
Результаты исследования будут опубликованы в Journal of Neuroscience.
Подготовлено по материалам MIT News.
Читайте также: Новости России и мира.