В журнале Nature Neuroscience появилось исследование, в котором комплексно рассматриваются системы рецепторов нейромедиаторов. Эти рецепторы напрямую участвуют в проведении сигналов в мозге человека, поэтому их картирование, как считают канадские исследователи, поможет локализовать нейронные функции.
Основной трудностью, с которой столкнулись ученые Университета Макгилла (Канада) при создании карты рецепторов нейромедиаторов, стала нехватка данных. Основой исследования послужили радиографические данные 15 рецепторов нейромедиаторов, полученных при исследовании трех образцов мозга. Однако эту информацию собрали не для всех областей коры головного мозга, поэтому составить трехмерную модель лишь на их основе оказалось невозможным.
Тогда исследователи собрали данные позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) более чем 1200 здоровых людей, отслеживая концентрацию рецепторов во всем мозге в режиме реального времени благодаря специальным веществам-индикаторам, которые обладают сродством к определенному тип рецептора – трейсерам. Но в ходе работы авторы столкнулись с рядом проблем.
Введение сразу нескольких трейсеров одному и тому же человеку может быть опасным для здоровья из-за радиоактивности препарата. К тому же, ПЭТ сканирование – дорогая методика, а группы исследуемых обычно малы, поэтому ПЭТ карты также не смогли обеспечить достаточную детализацию для построения полного атласа плотности рецепторов нейромедиаторов в головном мозге. Поэтому пришлось воспользоваться дополнительными методами визуализации.
Структурная и функциональная МРТ головного мозга позволила получить детальную картину анатомической и функциональной организации мозга. А с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ) через плотность рецепторов удалось получить данные колебательной динамики нейронов. Чтобы определить, как распределение рецепторов нейротрансмиттеров влияет на познавательную способность и развитие болезней, ученые сопоставили полученные плотности рецепторов с данными с платформы Neurosynth. Из их соотношения они вывели пространственную ось нейромодуляторов и процессов, связанных с настроением.
Канадские ученые также рассмотрели распределение рецепторов при атрофии коры мозга, характерной для 13 неврологических и психических расстройств, в ходе чего удалось обнаружить специфические связи между рецепторами и болезнями. Используя независимо собранный набор данных, ученые расширили область исследования на дополнительные рецепторы и установили, что ключевую роль в зонировании функций мозга играет химический рецепторный «ландшафт».
Ученые обнаружили, что области мозга с подобным набором рецепторов наиболее подвержены совместной активации. Получается, что скопления рецепторов систематически соответствуют структурной и функциональной связи и за пределами их расположения, управляя межрегиональной передачей сигналов. Точно так же сходство в рецепторах значительно больше между областями мозга, которые находятся в пределах одних и тех же внутренних сетей. То есть области, относящиеся к одной и той же когнитивной системе, обычно имеют схожие скопления рецепторов.
Используя наборы данных консорциума ENIGMA, ученые обнаружили, что на некоторые расстройства распределение рецепторов влияет сильнее, чем на другие. Например, на идиопатическую генерализованную эпилепсию (ИГЭ) и шизотипию распределение рецепторов оказывает незначительное влияние. А при синдроме дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), расстройствах аутистического спектра (РАС) и височной эпилепсии ученые наблюдали сильную взаимосвязь развития болезни с распределением рецепторов.
Интересно, что при болезни Паркинсона дофаминовые рецепторы не были активированы. Это могло произойти потому, что анализ ограничивался только корой головного мозга. К тому же выяснилось, что серотониновые рецепторы не вносят большой вклад в депрессию, возможно, по причине незначительного вклада толщины коры в первичную патофизиологию.
Всесторонняя карта кортикальных рецепторов нейромедиаторов остается труднодостижимой из-за методологических сложностей и проблем с обменом данными. Полученные результаты представляют собой первый шаг к всеобъемлющей «справочной таблице», связывающей системы нейромедиаторов с множественными нарушениями функций головного мозга.
Текст: Елизавета Калинина