Как каннабис влияет на головоломку мозговой пластичности: роль астроцитов

Как каннабис влияет на нейропластичность мозга: учёные раскрывают важную роль астроцитов. Учёные обнаружили, что определённый тип клеток мозга, называемых астроцитами, может быть ключевым игроком в том, как каннабис влияет на развивающийся мозг. Их новое исследование на мышах, опубликованное в журнале iScience, показывает, что каннабиноидные рецепторы, расположенные на астроцитах, имеют решающее значение для способности мозга адаптироваться и меняться на ранних стадиях жизни, процесс, известный как нейропластичность. Когда эти рецепторы были удалены из астроцитов, визуальные системы молодых мышей испытывали трудности с приспособлением к изменениям в окружающей среде, что свидетельствует о том, что астроциты и их каннабиноидные рецепторы неожиданно важны для развития мозга.

Каннабис известен тем, что связывается с каннабиноидными рецепторами в мозге, и эти рецепторы участвуют во множестве функций мозга. Долгое время считалось, что эти рецепторы преимущественно находятся на нервных клетках, которые являются основными единицами связи в мозге. Однако последние данные позволили предположить, что другие типы клеток мозга, в частности астроциты, тоже могут обладать этими рецепторами и играть значительную роль.

Астроциты – это тип клеток поддержки в мозге, известных как глии. У них есть множество поддерживающих функций, помогающих нервным клеткам функционировать должным образом. Учёные знали из ранних исследований, что астроциты могут влиять на нейропластичность. В одном из предыдущих экспериментов пересадка астроцитов из молодых котят в зрительную кору старших котов неожиданно снова сделала мозг пожилых котов более адаптивным, вновь открыв период высокой пластичности, который обычно существует только в молодом возрасте. Это дало основание полагать, что астроциты хранят ключи к мозговой гибкости.

Также было замечено, что каннабиноидные рецепторы на астроцитах становятся менее активными с возрастом, что поднимает вопрос о том, связаны ли эти рецепторы с усиленной пластичностью мозга в молодости. Текущая команда исследователей нацелилась на изучение этой потенциальной зависимости и определения точной роли каннабиноидных рецепторов на астроцитах в развитии мозга и его пластичности. Они хотели понять, действительно ли эти рецепторы важны для способности мозга адаптироваться и меняться в критически важные периоды развития и как это может быть связано с эффектами каннабиса, особенно с учетом опасений по поводу его использования в подростковом возрасте, когда мозг все еще созревает.

"Каннабиноидный рецептор CB1 является одним из самых распространенных сигнальных рецепторов в мозге. Наши предыдущие работы показали, что он присутствует не только на нейронах, но и на поддерживающих клетках мозга, называемых астроцитами. В этом исследовании мы хотели выяснить, как эти рецепторы на астроцитах способствуют нейропластичности", сказал автор исследования Рогир Мин, нейробиолог связанный с Центром лейкодистрофии в Амстердамском медицинском центре.

"В более ранних исследованиях 80-х годов учёные вводили астроциты от котёнка в зрительную кору старшего кота, область мозга, связанную со зрением. В результате критический период открылся снова, что означало, что мозг мог легче адаптироваться", добавил Кристиан Левелт из Нидерландского института нейробиологии. "Мы также знаем, что CB1-рецепторы в астроците выражены всё меньше по мере взросления. Может ли тут быть связь? И может это означать, что CB1-рецептура на астроцитах играет роль в пластичности критических периодов?"

Чтобы это выяснить, учёные использовали генетически модифицированных мышей. Они создали специальные модели мышей, в которых могли избирательно отключать каннабиноидные рецепторы в определённых типах клеток мозга. Они создали две группы мышей: в одной группе каннабиноидные рецепторы были отключены только в нервных клетках, а в другой – только в астроцитах. Это позволило исследователям изучить уникальный вклад каннабиноидных рецепторов в каждом из этих типов клеток по отдельности.

Исследователи сосредоточили своё внимание на визуальной системе, в частности на зрительной коре, которая обрабатывает зрительную информацию. Они выбрали эту область, потому что она является хорошо понятной моделью для исследования развития мозга и нейропластичности. Ключевым аспектом развития мозга является нейропластичность — способность мозга перестраиваться, образуя новые связи на протяжении всей жизни. Эта пластичность особенно сильна в определённые временные окна на ранних стадиях развития, известные как критические периоды.

В критические периоды мозг очень чувствителен к опыту и может легко адаптироваться к окружающей среде. Одним из способов изучения пластичности в визуальной системе является процесс, называемый монокулярной депривацией. Это включает временное закрытие одного глаза во время критического периода для зрения. У нормальных молодых животных мозг реагирует на это, усиливая связи с не закрытым глазом и ослабляя связи с закрытым глазом, демонстрируя свою адаптивность.

В своём эксперименте учёные временно закрыли один глаз молодым мышам в течение критического периода для развития зрения. Затем они изучали, как мозг этих мышей адаптировался к изменениям, сравнивая мышей с удалёнными каннабиноидными рецепторами из нервных клеток, тех, у кого рецепторы были удалены из астроцитов, и нормальных контрольных мышей. Чтобы оценить адаптивность мозга, они измеряли процесс, называемый пластичностью доминирования глаза. Это относится к смещению активности мозга к глазу, который получает больше визуального ввода.

Чтобы понять основополагающие механизмы, учёные также исследовали развитие тормозных нервных клеток в мозге. Тормозные нейроны, также известные как интернейроны, необходимы для поддержания баланса в активности мозга. Они действуют как тормоза, предотвращая излишнюю активность мозга. Исследователи изучали, как удаление каннабиноидных рецепторов из различных типов клеток повлияло на развитие этих тормозных клеток и их связи в зрительной коре.

Они использовали метод, называемый электрофизиологией, чтобы измерить активность клеток мозга и силу их связей. В частности, они записывали данные из срезов мозга мышей, чтобы выяснить функцию синапсов, которые представляют собой точки коммуникации между нервными клетками. Они сосредоточились на тормозных синапсах, связях, образованных тормозными нервными клетками. Они оценили, как эти синапсы реагируют на повторную стимуляцию и изучили свойство, называемое кратковременной депрессией, которая указывает на зрелость синапса. Зрелые синапсы обычно демонстрируют менее выраженную кратковременную депрессию. Также они исследовали форму пластичности тормозных синапсов, называемую тормозной долгосрочной депрессией, чтобы выяснить, нужны ли каннабиноидные рецепторы на каком-либо типе клеток для этого конкретного типа синаптических изменений.

Помимо детальных клеточных исследований, учёные также использовали оптическую визуализацию, технику, позволяющую визуализировать активность мозга в более крупных областях. Это позволило им измерить общую реакцию зрительной коры на стимуляцию каждого глаза, предоставляя измерение пластичности доминирования глаза в целостном мозге. Более того, чтобы получить более детальное представление по различным слоям мозга, они использовали электрофизиологические записи в живых мышах, применяя зонда, которые могли записывать активность на различных глубинах зрительной коры. Это позволило им увидеть, различались ли эффекты удаления каннабиноидных рецепторов в разных слоях зрительного центра мозга. На протяжении всего эксперимента они тщательно сравнивали генетически модифицированных мышей с нормальными мышами, чтобы определить конкретную роль каннабиноидных рецепторов в различных типах клеток мозга для развития и пластичности.

Исследователи обнаружили, что удаление каннабиноидных рецепторов из астроцитов оказало значительное влияние на развитие мозга и пластичность, в то время как удаление их из нервных клеток не дало эффекта. "Получив результат, что генетическое удаление каннабиноидных рецепторов из нейронов не оказало никакого влияния на нейропластичность, было удивительно (но совпадало с нашей гипотезой)", — заявил Мин в интервью PsyPost.

Они выяснили, что у мышей, не имеющих каннабиноидных рецепторов на астроцитах, тормозные синапсы в зрительной коре не созревали должным образом. Эти синапсы оставались в более незрелом состоянии, показывая больше кратковременной депрессии, чем у нормальных мышей. Это указывает на то, что астроциты, через свои каннабиноидные рецепторы, играют роль в нормальном созревании тормозных связей в мозге.

Возможно, наиболее удивительно, что исследователи обнаружили, что пластичность доминирования глаза была значительно нарушена у мышей без каннабиноидных рецепторов на астроцитах. Когда один глаз был временно закрыт, мозг этих мышей был гораздо менее способен адаптироваться к этому изменению по сравнению с нормальными мышами. Зрительная кора этих мышей не показала типичный сдвиг активности к открытию глазу, что свидетельствует о значительном дефиците нейропластичности.

Интересно, что у мышей без каннабиноидных рецепторов на нервных клетках пластичность доминирования глаза оставалась нормальной, адаптируясь к изменению визуального ввода так же, как контрольные мыши. Это убедительно указывает на то, что астроциты, а не нервные клетки, являются ключевым типом клеток, через который каннабиноидные рецепторы влияют на эту форму нейропластичности в процессе развития. Этот эффект на пластичность наблюдался во всех слоях зрительной коры, но особенно был выражен в более глубоких слоях этой области мозга.

Когда учёные исследовали тормозную долгосрочную депрессию, другую форму пластичности в тормозных синапсах, они обнаружили, что удаление каннабиноидных рецепторов ни из астроцитов, ни из нейронов не оказало на это влияния. Это предполагает, что хотя каннабиноидные рецепторы астроцитов важны для созревания тормозных синапсов и общей нейропластичности, связанной с визуальным вводом, они не являются необходимыми для всех форм пластичности в этих синапсах.

Полученные результаты указывают на то, что каннабиноидные рецепторы на астроцитах играют ключевую роль в нейропластичности в период развития, - объяснил Мин. - Ранние настройки визуальной системы нарушаются, когда каннабиноидные рецепторы генетически удаляются из астроцитов.

Исследователи признали некоторые ограничения своего исследования. Одним из ограничений является то, что у генетически модифицированных мышей каннабиноидные рецепторы не были полностью удалены из всех астроцитов. Возможно, некоторые рецепторы остались, и это могло ослабить наблюдаемые эффекты. Другой момент заключается в том, что удаление каннабиноидных рецепторов из астроцитов не ограничивалось зрительной корой; оно происходило по всему мозгу. Возможно, наблюдаемые эффекты на визуальную пластичность могли быть косвенно вызваны изменениями в других областях мозга, хотя сосредоточенность на зрительной коре и конкретных мерах визуальной пластичности делает прямое влияние внутри визуальной системы более вероятным.

Для будущих исследований учёные предлагают изучить точные механизмы, с помощью которых каннабиноидные рецепторы на астроцитах влияют на созревание тормозных синапсов и нейропластичность. Также было бы полезно исследовать, приведет ли более полное удаление каннабиноидных рецепторов из астроцитов к ещё более сильным эффектам. Понимание конкретной роли каннабиноидных рецепторов астроцитов может предоставить важную информацию о потенциальных рисках использования каннабиса, особенно в подростковом возрасте, когда мозг всё ещё развивается и обладает высокой пластичностью, и может помочь в разработке стратегий по смягчению потенциальных негативных последствий.

«Молодой мозг очень пластичен и легко реагирует на изменения в сенсорных входах», - сказал Мин. «Если мы поймём, какие механизмы способствуют этой повышенной пластичности, мы, возможно, сможем восстановить уровень молодёжной пластичности в взрослом мозге. Это исследование способствует лучшему пониманию механизмов пластичности, которые делают молодой мозг пластичным».