Учёные из RIKEN Brain Science Institute в Японии обнаружили, что положительный эффект от стимуляции мышиного мозга постоянным током возникает, если воздействовать именно на астроциты, а не на нейроны, что ещё раз подчёркивает недооценённую важность глиальных клеток.
В работе, опубликованной в 2016 году в Nature Communications, исследователи демонстрируют, что если постоянным током действовать на мозг, то идёт выброс синхронизированных кальциевых волн из астроцитов, а они, в свою очередь, снижают симптомы депрессии, приводят к повышению пластичности нейронов и образованию новых нейронных связей в процессе обучения или формирования воспоминания.
Транскраниальная стимуляция постоянным током — хорошо известная и эффективная процедура, которая используется в течение многих десятилетий для лечения разного рода депрессивных расстройств. Процедура эта неинвазивна, длится около 30 минут и представляет собой разряды слабого электрического тока, применённые к конкретным областям мозга напрямую через череп. Помимо снижения симптомов депрессии, она повышает качество обучения и усиливает синаптическую пластичность у людей и животных (впрочем, здесь есть свои нюансы).
«Мы довольно давно знаем о хорошем эффекте после таких стимуляций. Наше исследование направлено как раз на изучение конкретных клеточных механизмов, посредством которых этот положительный клинический эффект и проявляется», — отмечает руководитель группы Хаджиме Хираз (Hajime Hirase).
Хираз и его команда решили проследить за активностью головного мозга с помощью транскраниальной стимуляции через, визуализируя при этом потоки кальция. За основу взяли уже достаточно известный факт, что от уровня кальция в астроцитах зависит передача сигналов и образование связей между нейронами.
Учёные создали трансгенных мышей, в астроцитах которых экспрессировался флуоресцентный белок — индикатор кальция. Теперь они смогли отслеживать активность кальция при помощи обычного флуоресцентного микроскопа. Затем они приступили к изучению кальциевых волн на мышиной модели депрессии, вызванной стрессом.
Когда исследователи следили за кальциевыми волнами, то обнаружили, что транскраниальная стимуляция вызывала большую амплитуду кальциевых скачков. Однако когда тот же самый эксперимент проводили на мышах, у которых вход кальция в астроциты заранее блокировался нокаутом рецептора, всплески кальция отсутствовали, и всяческие положительные эффекты от транскраниальной стимуляции, имевшие место ранее, больше не наблюдались. Это позволило учёным подтвердить, что именно астроциты, а не нейроны, являются источником кальциевых волн. Они в этом удостоверились и тогда, когда экспрессировали флуоресцентный маркёр с использованием двух различных рекомбинантных аденосателлитных вирусов, которые позволили им отличить нейрональный кальций от астроцитарного.
Для того, чтобы изучить непосредственную роль кальциевых волн в астроцитах, команда смотрела на изменения сенсорных реакций после транскраниальной стимуляции. Они измеряли ответы на вспышки света в виде возмущения усов у мышей, и обнаружили, что эффекты стали на 50% более выраженными после стимуляции. Они даже длились в течение 2 часов после стимуляции. Однако эти пластические изменения в нейрональных ответах исчезли, когда кальциевые всплески в астроцитах блокировались, что указывает на их роль в изменении связи между нейронами.
«Этот механизм астроцит-опосредованной активности действительно захватывающий и говорит нам, что астроциты могут быть основной терапевтической мишенью для психоневрологических заболеваний. Кроме того, активация глии методом транскраниальной стимуляции постоянным током должна тщательно изучиться у приматов (включая человека), и стандарты безопасности, возможно, должны быть пересмотрены с ориентировкой на глию», — отмечает Хираз.
Текст: Алексей Паевский