Исследование показало, что баланс нейронов в мозге связан со зрелостью мозга и улучшением когнитивных способностей

Важные новости

Нейронный баланс в Исследование показало, что мозг связан со зрелостью мозга и лучшими когнитивными способностями

Рабочий процесс и схема модели pFIC. Фото: Труды Национальной академии наук (2024 г.). DOI: 10.1073/pnas.2318641121

В мире, где внешние и внутренние раздражители могут вывести из равновесия всю нашу систему организма, как наш мозг предотвращает чрезмерную стимуляцию?

Ответ кроется в нашем способность мозга поддерживать баланс нервного возбуждения (E) и торможения (I), известный как соотношение E/I. Регулируя соотношение E/I, мозг предотвращает чрезмерную и недостаточную стимуляцию.

Соотношение E/I у детей снижается по мере здорового развития. Согласно исследованиям исследователей из Центра сна и познания Медицинской школы Йонг Лу Линь (NUS Medicine), дети с более низким соотношением E/I показали лучшие результаты, чем их сверстники, в когнитивных тестах, таких как память и интеллект. .

С целью выявить значимые связи между соотношением E/I и созреванием мозга исследовательская группа под руководством доктора философии четвертого курса. студент Чжан Шаоши, доцент Томас Йео из Центра сна и познания медицинского факультета НУС, доцент Барт Ларсен из Университета Миннесоты и доцент Теодор Саттертуэйт из Пенсильванского университета, рассмотрели, как меняется соотношение E/I у молодых людей, изучив МРТ-сканы головного мозга 885 детей, подростков и молодых людей из Соединенных Штатов Америки и 154 детей из Сингапура.

Соотношение E/I — это аспект, который постоянно меняется и развивается на протяжении детства и подросткового возраста. Данные сингапурской когорты были получены в ходе GUSTO, крупнейшего и наиболее полного исследования когорты новорожденных в Сингапуре, целью которого является помочь следующему поколению стать более здоровыми.

Описываемый как Инь и Ян мозга, исследователи обнаружили, что это слишком много. возбуждение или чрезмерное торможение могут быть вредными, приводя к более высокому риску развития заболеваний головного мозга, таких как аутизм, болезнь Альцгеймера и шизофрения.

В менее серьезных ситуациях человек со слишком сильным возбуждением может слишком много думать в социальных ситуациях, что приводит к тревоге. Действительно, распространенным препаратом для уменьшения симптомов тревоги является Ксанакс, который усиливает нервное торможение, тем самым уменьшая нервное возбуждение. В более тяжелых случаях чрезмерное возбуждение может вызвать эпилептический припадок.

На противоположном конце спектра слишком сильное торможение указывает на отсутствие мозговой активности, фактически переводя человека в вегетативное состояние. Следовательно, торможение необходимо для уравновешивания возбуждения. В целом, сбалансированное соотношение E/I важно для хорошего функционирования мозга.

Несмотря на важность E/I для здоровья мозга, его соотношение в человеческом мозге трудно измерить без использования инвазивных методов. Поэтому команда разработала метод, сочетающий искусственный интеллект и биофизическое моделирование, чтобы сделать вывод о соотношении E/I на основе неинвазивных, нерадиоактивных МРТ-сканирований. Команда продемонстрировала достоверность своих расчетных соотношений E/I в ходе эксперимента, в ходе которого участники принимали успокоительные препараты (ксанакс) или плацебо.

Гипотеза команды состоит в том, что после приема Ксанакса ингибирование усилится, поэтому общее соотношение E/I уменьшится. Чтобы проверить эту гипотезу, исследовательская группа дважды сканировала здоровых людей. Участнику дают ксанакс перед одним сеансом МРТ и плацебо во время другого сеанса МРТ. Некоторым участникам ксанакс может быть назначен на первом сеансе, а другим — на втором сеансе.

Все стороны, участвовавшие в этом эксперименте, не были осведомлены о том, использовался ли сеанс МРТ плацебо или успокоительным препаратом. Команда обнаружила, что предполагаемые маркеры соотношения E/I действительно были ниже после того, как участники принимали ксанакс, по сравнению с плацебо, что подтверждает правильность их метода.

Затем исследовательская группа приступила к использованию МРТ-сканирования мозга для изучения мозга. развития на большой выборке, состоящей из более чем 1000 детей, подростков и молодых людей из Сингапура и Соединенных Штатов Америки. Они обнаружили, что соотношение E/I снижается при здоровом развитии.

Затем, чтобы установить связь между соотношением E/I и когнитивными функциями, команда разделила участников в возрасте от 7 до 23 лет на группы с высокими и низкими показателями на основе их баллов по определенным когнитивным тестам. Они обнаружили, что в группах с высокими показателями соотношение E/I было ниже, чем у их сверстников того же возраста, что позволяет предположить, что когнитивные способности улучшаются по мере того, как соотношение E/I созревает в процессе развития.

Помимо исследования развития нервной системы, команда стремится применить свой подход для получения механистического понимания различных заболеваний головного мозга, изучая, как соотношение E/I различается у здоровых участников и пациентов, страдающих психическими расстройствами. Команда также стремится изучить, как соотношение E/I меняется с возрастом людей, чтобы получить представление о нейродегенеративных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера.

Доцент Йео, который также из Колледжа дизайна и дизайна NUS Инженер и главный исследователь этого исследования добавляет: «Наши результаты расширяют наше понимание развития мозга и подчеркивают потенциальные возможности для понимания возникновения психопатологии у молодежи».

«Надеемся, что эти результаты помогут нам выяснить, какие цепи мозга легко перевозбуждаются или чрезмерно тормозятся, или определить определенные аномальные области мозга, характерные для конкретного пациента. Это может пролить больше света на то, как можно настроить лекарства или стимуляцию мозга. по мнению отдельных лиц, это будет определять курс лечения заболеваний головного мозга в долгосрочной перспективе».

Это исследование опубликовано в Трудах Национальной академии наук под названием «In vivo». Маркер всей коры соотношения возбуждения и торможения индексирует корковое созревание и когнитивные способности в молодости».

Дополнительная информация: Шаоши Чжан и др., In vivo Whole -кортикальный маркер соотношения возбуждения-торможения, показывающий созревание коры и когнитивные способности у молодежи, Труды Национальной академии наук (2024). DOI: 10.1073/pnas.2318641121

Информация журнала: Труды Национальной академии наук. Предоставлено Национальным университетом Сингапура.

Новости сегодня

Последние новости