Способность мозга адаптироваться и перестраиваться на протяжении всей жизни продолжает удивлять нейробиологов. Исследователи нашли способ восстановить зрение у взрослых мышей с врожденной слепотой, несмотря на относительную зрелость грызунов.
Мыши моделировали редкое у человека заболевание сетчатки глаза, называемое врожденным амаврозом Лебера (LCA), которое часто вызывает слепоту или серьезные нарушения зрения при рождении.
Это наследственное заболевание, по-видимому, вызвано мутацией в любом из десятков генов, связанных с сетчаткой и ее светочувствительными способностями.
Исследователи уже несколько десятилетий работают над методами лечения, которые могли бы восстановить поврежденные или дисфункциональные фоторецепторы в этой части глаза.
Некоторые стратегии включают имплантацию сетчатки, вмешательства по редактированию генов и медикаментозное лечение.
Все эти новые методы лечения улучшают зрение с разной степенью успеха, но синтетические соединения, нацеленные на сетчатку, выглядят особенно многообещающими для людей с мутациями,
которые затрагивают палочковидные фоторецепторы.
Палочки - это фоторецепторы в задней части глаза, которые воспринимают тусклый свет. Эти специализированные нейроны используют серию биохимических реакций для преобразования сенсорного света в электрические сигналы для остальной части мозга для "чтения".
Поскольку светочувствительные пигменты в стержнях сетчатки поглощают низкие уровни света, они превращают молекулу 11-цис-ретиналя в полностью транс-ретиналь, который, в свою очередь, генерирует импульс, который проходит по зрительному нерву в мозг.
Предыдущие исследования детей с LCA показали, что лечение синтетическими ретиноидами может помочь компенсировать некоторую потерю зрения при введении прямо в глаз. Но то, как эти методы лечения влияют на взрослых с этим заболеванием, не так хорошо изучено.
"Хотя был достигнут некоторый прогресс, все еще остается неясным, в какой степени зрительные цепи взрослого человека могут быть восстановлены до полностью функционального состояния на уровне зрительной коры после исправления дефекта сетчатки", - пишут исследователи.
Традиционно считалось, что зрительная система мозга формируется и укрепляется во время определенных периодов развития в раннем возрасте. Если глаз не тренируется в эти критические периоды, то зрительные сети в мозге могут никогда не быть подключены должным образом для зрения, что приводит к пожизненному дефициту зрения.
Но потенциал зрения млекопитающего может быть не таким жестким; он может быть гораздо более пластичным, чем предполагалось.
Чтобы изучить эту идею, исследователи вводили синтетический ретиноид в течение семи дней взрослым грызунам, родившимся с дегенерацией сетчатки.
В конечном итоге лечение было успешным при частичном восстановлении чувствительности животных к свету и их типичного поведения, ориентирующегося на свет, в течение 27 дней.
Через девять дней после лечения зрительный нерв активировал гораздо больше нейронов в зрительной коре.
Это говорит о том, что центральный зрительный путь, который передает информацию от глаза к зрительной коре, может быть значительно восстановлен ретиноидным лечением даже у взрослых мышей.
"Честно говоря, мы были поражены тем, насколько лечение спасло мозговые цепи, участвующие в зрении", - говорит нейробиолог Сунил Ганди из Калифорнийского университета в Ирвине.
"Зрение включает в себя не только неповрежденную и функционирующую сетчатку. Это начинается в глазу, который посылает сигналы по всему мозгу. Именно в центральных цепях мозга на самом деле возникает зрительное восприятие ".
Исследование проводилось только среди мышей, но открытие заставило нейробиологов подумать, что критическое окно для зрительной системы человека также может быть больше, чем предполагалось ранее.
Другими словами, отсутствие зрения в детстве не обязательно означает, что зрение никогда не восстановится во взрослом возрасте.
"Сразу после лечения сигналы, поступающие от противоположного глаза, который является доминирующим путем у мыши, активировали в два раза больше нейронов в мозге", - говорит Ганди.
"Что было еще более ошеломляющим, так это то, что сигналы, поступающие с той же стороны глазного пути, активировали в пять раз больше нейронов в мозге после лечения, и этот впечатляющий эффект был долговременным".
Необходимы дальнейшие исследования на животных моделях. Но, возможно, однажды нейробиологи смогут проверить, могут ли аналогичные преимущества быть вызваны у пожилых людей некоторыми версиями LCA.
"Тот факт, что это лечение так хорошо действует на центральный зрительный путь во взрослом возрасте, подтверждает новую концепцию, которая заключается в том, что существует скрытый потенциал зрения, который только и ждет, чтобы его запустили", - объясняет Ганди.
Исследование было опубликовано в журнале Current Biology.
Мыши моделировали редкое у человека заболевание сетчатки глаза, называемое врожденным амаврозом Лебера (LCA), которое часто вызывает слепоту или серьезные нарушения зрения при рождении.
Это наследственное заболевание, по-видимому, вызвано мутацией в любом из десятков генов, связанных с сетчаткой и ее светочувствительными способностями.
Исследователи уже несколько десятилетий работают над методами лечения, которые могли бы восстановить поврежденные или дисфункциональные фоторецепторы в этой части глаза.
Некоторые стратегии включают имплантацию сетчатки, вмешательства по редактированию генов и медикаментозное лечение.
Все эти новые методы лечения улучшают зрение с разной степенью успеха, но синтетические соединения, нацеленные на сетчатку, выглядят особенно многообещающими для людей с мутациями,
которые затрагивают палочковидные фоторецепторы.
Палочки - это фоторецепторы в задней части глаза, которые воспринимают тусклый свет. Эти специализированные нейроны используют серию биохимических реакций для преобразования сенсорного света в электрические сигналы для остальной части мозга для "чтения".
Поскольку светочувствительные пигменты в стержнях сетчатки поглощают низкие уровни света, они превращают молекулу 11-цис-ретиналя в полностью транс-ретиналь, который, в свою очередь, генерирует импульс, который проходит по зрительному нерву в мозг.
Предыдущие исследования детей с LCA показали, что лечение синтетическими ретиноидами может помочь компенсировать некоторую потерю зрения при введении прямо в глаз. Но то, как эти методы лечения влияют на взрослых с этим заболеванием, не так хорошо изучено.
"Хотя был достигнут некоторый прогресс, все еще остается неясным, в какой степени зрительные цепи взрослого человека могут быть восстановлены до полностью функционального состояния на уровне зрительной коры после исправления дефекта сетчатки", - пишут исследователи.
Традиционно считалось, что зрительная система мозга формируется и укрепляется во время определенных периодов развития в раннем возрасте. Если глаз не тренируется в эти критические периоды, то зрительные сети в мозге могут никогда не быть подключены должным образом для зрения, что приводит к пожизненному дефициту зрения.
Но потенциал зрения млекопитающего может быть не таким жестким; он может быть гораздо более пластичным, чем предполагалось.
Чтобы изучить эту идею, исследователи вводили синтетический ретиноид в течение семи дней взрослым грызунам, родившимся с дегенерацией сетчатки.
В конечном итоге лечение было успешным при частичном восстановлении чувствительности животных к свету и их типичного поведения, ориентирующегося на свет, в течение 27 дней.
Через девять дней после лечения зрительный нерв активировал гораздо больше нейронов в зрительной коре.
Это говорит о том, что центральный зрительный путь, который передает информацию от глаза к зрительной коре, может быть значительно восстановлен ретиноидным лечением даже у взрослых мышей.
"Честно говоря, мы были поражены тем, насколько лечение спасло мозговые цепи, участвующие в зрении", - говорит нейробиолог Сунил Ганди из Калифорнийского университета в Ирвине.
"Зрение включает в себя не только неповрежденную и функционирующую сетчатку. Это начинается в глазу, который посылает сигналы по всему мозгу. Именно в центральных цепях мозга на самом деле возникает зрительное восприятие ".
Исследование проводилось только среди мышей, но открытие заставило нейробиологов подумать, что критическое окно для зрительной системы человека также может быть больше, чем предполагалось ранее.
Другими словами, отсутствие зрения в детстве не обязательно означает, что зрение никогда не восстановится во взрослом возрасте.
"Сразу после лечения сигналы, поступающие от противоположного глаза, который является доминирующим путем у мыши, активировали в два раза больше нейронов в мозге", - говорит Ганди.
"Что было еще более ошеломляющим, так это то, что сигналы, поступающие с той же стороны глазного пути, активировали в пять раз больше нейронов в мозге после лечения, и этот впечатляющий эффект был долговременным".
Необходимы дальнейшие исследования на животных моделях. Но, возможно, однажды нейробиологи смогут проверить, могут ли аналогичные преимущества быть вызваны у пожилых людей некоторыми версиями LCA.
"Тот факт, что это лечение так хорошо действует на центральный зрительный путь во взрослом возрасте, подтверждает новую концепцию, которая заключается в том, что существует скрытый потенциал зрения, который только и ждет, чтобы его запустили", - объясняет Ганди.
Исследование было опубликовано в журнале Current Biology.
