Механизм пластичности мозга позволяет реорганизовать чувство осязания в процессе развития
Группа исследователей обнаружила, что развивающийся мозг может реорганизовать свои сенсорные карты, когда затронуто чувство осязания. В исследовании, опубликованном сегодня в Nature Communications , лаборатория развития, пластичности и перепрограммирования сенсорных цепей под руководством Гильермины Лопес-Бендито продемонстрировала, что соматосенсорная кора может изменять свою структуру и функциональность в ответ на отсутствие сенсорных стимулов с рождения. Это открытие дает новое понимание нейронной пластичности и способности мозга адаптироваться к структурным изменениям.
Исследование, проведенное совместно с исследователями из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера в Швейцарии, было проведено с использованием мышиной модели, родившейся без основных усов . «Мы сосредоточились на сенсорной карте лица мыши, поскольку для этих животных лицо имеет такое же важное значение, как руки для человека», — объясняет Мар Анибаль-Мартинес, первый автор исследования.
Исследователи заметили, что при отсутствии основных вибрисс область мозга, которая обычно обрабатывает эту информацию, почти полностью исчезает, в то время как область, связанная с вибриссами верхней губы, более мелкими, многочисленными и играющими второстепенную роль в тактильной обработке, расширяется, чтобы занять ее территорию. Этот процесс происходит только в том случае, если сенсорная потеря происходит до рождения.
Используя методы генетического и биоинформатического анализа, команда обнаружила, что область таламуса, которая обычно обрабатывает информацию от вибрисс верхней губы, принимает генетический профиль, аналогичный профилю основных вибрисс, когда они отсутствуют, что позволяет проводить кортикальную реорганизацию. Исследователи также обнаружили, что спонтанная активность в таламусе перераспределяется после потери основных вибрисс.
Играть
00:00
00:17
Немой
Настройки
ПИП
Перейти в полноэкранный режим
Играть
iDISCO 3D реконструкция контрольной мыши E18. Объем подушечки усов и верхней губы обозначены пурпурным и голубым цветом соответственно. Объем красивой подушечки усов и девяти фолликулов верхней губы обозначены желтым цветом. Связано с рис. 1 и дополнительным рис. 1. Кредит: Nature Communications . DOI: 10.1038/s41467-025-57052-w
Помимо структурных изменений, реорганизация также имеет функциональное воздействие. «Мы не только наблюдали изменение в анатомии сенсорных карт, но и маленькие усы верхней губы приобрели функцию, ранее присущую только основным усам: способность различать текстуры», — говорит Анибаль-Мартинес. Это открытие было подтверждено в ходе поведенческих экспериментов на взрослых мышах, которые потеряли свои основные усы до рождения. Эти мыши могли различать шероховатые и гладкие поверхности, используя только свои усы верхней губы.
Кроме того, это исследование показывает, что реорганизация сенсорных карт не зависит от нейронной активности в таламусе, а скорее от изменений в его генетическом профиле . «Традиционно таламус считался просто ретрансляционной станцией между периферией и корой, но наша работа показывает, что он играет поучительную роль в организации сенсорных карт», — объясняет Лопес-Бендито. Ее лаборатория выявила, что таламус не только передает информацию, но и служит центром сенсорной интеграции, где сходятся все чувства, кроме обоняния. Это подчеркивает его решающую роль в пластичности мозга и реорганизации тактильной информации.
Эти результаты могут дать лучшее понимание того, как мозг человека, родившегося без части тела, реорганизует свои сенсорные функции. «Если ребенок рождается без руки, его мозг, вероятно, реконфигурирует тактильные области аналогичным образом», — добавляет Лопес-Бендито. «Это не только помогает нам понять нейронную пластичность , но и приближает нас к определению того, как мы можем вмешаться в будущем, чтобы улучшить реабилитацию в случаях врожденных пороков развития или ранней потери сенсорики».
Исследование стало результатом сотрудничества Института нейронаук (IN), совместного центра Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Университета Мигеля Эрнандеса (UMH) в Эльче.