Wzgórze reguluje zdolność adaptacyjną mózgu dorosłego

Uczenie się nowych rzeczy wymaga ogromnych możliwości naszego mózgu. Adaptacja naszego mózgu w wyniku nowych doświadczeń nazywa się plastycznością. Są okresy w naszym rozwoju, kiedy sieci neuronowe wykazują dużą plastyczność, zwane okresami krytycznymi. Ale także mózg dorosłego jest w stanie się przystosować. Nie jest dobrze poznane, gdzie w mózgu dorosłego człowieka zachodzi ta plastyczność.

Aby uzyskać lepszy wgląd w tę kwestię, Yi Qin i jego współpracownicy pod kierunkiem Christiaana Levelta zbadali układ wzrokowy myszy. Jest to popularny model do badania plastyczności ze względu na łatwość manipulacji. Informacje wizualne docierają do wzgórza poprzez siatkówkę. To jądro mózgowe przekazuje następnie przetworzone informacje do kory wzrokowej i odwrotnie. Eksperyment na myszach może wyraźnie wykazać, jak dobrze mózg dorosłego człowieka jest w stanie się przystosować. Kiedy jedno oko myszy jest zasłonięte przez kilka dni, kora wzrokowa zaczyna mniej skutecznie reagować na oko zamknięte, a lepiej na oko otwarte. Od dawna nie było jasne, jak to dokładnie uregulować. Jednak te nowe wyniki wysuwają na pierwszy plan ważnego gracza: wzgórze.

Nowa perspektywa

Christiaan Levelt: „Pięć lat temu odkryliśmy, że wzgórze odgrywa kluczową rolę w plastyczności kory wzrokowej w krytycznych okresach rozwoju. To zmieniło nasze spojrzenie na działanie całego tego układu. Wszyscy myśleliśmy, że proces ten jest regulowany przez korę wzrokową, ale okazało się, że to nie wszystko. Dowiedzieliśmy się tego, usuwając bardzo specyficzny składnik, podjednostkę GABA-alfa 1, ze wzgórza myszy w krytycznym dla wzroku okresie. Składnik ten jest odpowiedzialny za hamowanie wzgórza, więc jego usunięcie spowodowało zmniejszenie hamowania. Kiedy zamknęliśmy jedno oko u tych myszy, zmiana w reakcjach już nie występowała. Ponieważ mózg dorosłego wykorzystuje inne mechanizmy plastyczności niż mózg rozwijający się, ważnym pytaniem było, czy adaptacja w Układ wzrokowy osoby dorosłej również obejmuje wzgórze.”

Yi Qin: „W bieżącym badaniu przeprowadziliśmy ten sam eksperyment na dorosłych myszach i zaobserwowaliśmy podobne wyniki. Zaobserwowaliśmy, że plastyczność zachodziła również we wzgórzu dorosłego osobnika, ale zniknęła po usunięciu podjednostki alfa-1. W rezultacie nie było dłuższe przesunięcie w korze. Ponieważ wiemy, że kora wzrokowa również wysyła informacje z powrotem do wzgórza poprzez mechanizm sprzężenia zwrotnego, byliśmy ciekawi, czy kora wzrokowa również odgrywa rolę w plastyczności wzgórza. Zbadaliśmy to, odwracając eksperymentu i wyłączenia kory wzrokowej. Co stanie się wówczas ze zmianą reakcji we wzgórzu? U dorosłych zwierząt nie zaobserwowaliśmy żadnej różnicy: przesunięcie utrzymywało się. Jednakże u zwierząt w krytycznym okresie zaobserwowaliśmy, że kiedy zamknęliśmy w dół kory wzrokowej, przesunięcie powróciło do wzgórza. Zatem w młodym wieku plastyczność wzgórza i kory wpływają na siebie znacznie bardziej, podczas gdy w mózgu dorosłego wzgórze jest szczególnie ważne dla plastyczności kory, ale nie na odwrót.”

Zaangażowany w wiele procesów

Levelt kontynuuje: „Plastyczność jest ważna w wielu procesach. Obecnie skupiamy się na plastyczności sensorycznej (wzroku), ale plastyczność ma również fundamentalne znaczenie dla pamięci i innych funkcji. Te nowe spostrzeżenia mogą być istotne, na przykład w zrozumieniu trudności w uczeniu się. Możliwe, że źródło tych problemów leży we wzgórzu, a nie w korze. Dlatego potrzebne jest inne podejście. Zamiast patrzeć wyłącznie na korę, powinniśmy również wziąć pod uwagę wzgórze, jeśli chodzi o terapie i patogenezę tych problemów. To ważna nowa interpretacja.”

Qin: „Nawet w przypadku leniwego oka zakłada się, że jest to problem kory mózgowej, ale może również dotyczyć wzgórza. W Europie badamy na obecność leniwego oka od najmłodszych lat. Schorzenie to można zdiagnozować korygowane w krytycznym okresie poprzez tymczasowe załatanie „dobrego oka", co wzmacnia połączenia ze słabszym okiem. Na przykład w USA nie jest to rutynowo sprawdzane w młodym wieku, w wyniku czego więcej osób w wieku dorosłym ma leniwe oko " Ponieważ dla nich krytyczny okres już minął, leczenie tych osób staje się coraz trudniejsze. Nasze badanie wskazuje, że musimy spojrzeć poza korę mózgową, co może dostarczyć wskazówek dotyczących nowej strategii leczenia."