Mausstudie: Forscher sehen Gehirnwellen im Zusammenhang mit Denkstörungen bei Schizophrenie
Bei einigen Schizophreniepatienten wurden zuvor Mutationen im Gen für Calcineurin gefunden. Vor zehn Jahren entfernten MIT-Forscher dieses Gen bei Mäusen, was dazu führte, dass sie verschiedene Verhaltenssymptome wie Schizophrenie zeigten, darunter ein gestörtes Kurzzeitgedächtnis, Aufmerksamkeitsdefizite und abnormales soziales Verhalten.
Diese Forscher stellen nun fest, dass Mäuse, denen Calcineurin fehlt, im Ruhezustand hyperaktive Gehirnwellenschwingungen im Hippocampus aufweisen und nicht in der Lage sind, eine gerade zurückgelegte Route mental wiederzugeben, wie dies bei normalen Mäusen der Fall ist.
In der neuen Studie unter der Leitung von Susumu Tonegawa, Ph.D., dem Picower-Professor für Biologie und Neurowissenschaften, wurde die elektrische Aktivität einzelner Neuronen im Hippocampus dieser veränderten Mäuse aufgezeichnet, während sie entlang einer Spur liefen.
Frühere Untersuchungen an normalen Mäusen haben gezeigt, dass „Zellen platzieren“ im Hippocampus (verbunden mit bestimmten Stellen entlang der Spur) nacheinander feuern, wenn die Mäuse nach dem Laufen des Kurses ruhen. Diese mentale Wiederholung tritt auch auf, wenn die Mäuse schlafen, und sie sind an sehr hochfrequente Gehirnwellenoszillationen gebunden, die als Welligkeitsereignisse bekannt sind.
Bei Mäusen, denen Calcineurin fehlt, stellten die Forscher fest, dass die Gehirnaktivität während des Verlaufs des Kurses normal erschien. Wenn sie jedoch pausierten, waren ihre Welligkeitsereignisse viel stärker und häufiger. Außerdem war das Brennen der Ortszellen abnormal und in keiner bestimmten Reihenfolge, was darauf hindeutet, dass die Mäuse die gerade gelaufene Route nicht wiedergaben.
Dieses Muster hilft, einige der Symptome zu erklären, die bei Schizophrenie auftreten, sagten die Forscher.
"Wir glauben, dass wir in diesem Mausmodell einen Hinweis darauf haben, dass ein unorganisierter Denkprozess stattfindet", sagte Dr. Junghyup Suh, ein Wissenschaftler am Picower-Institut und einer der Hauptautoren des Papiers.
„Während Welligkeitsereignissen bei normalen Mäusen wissen wir, dass es ein sequentielles Wiederholungsereignis gibt. Diese mutierte Maus scheint nicht die Art von Wiederholung einer früheren Erfahrung zu haben. "
Die Forscher vermuten, dass Calcineurin bei normalen Mäusen die Verbindungen zwischen Neuronen (Synapsen) im Hippocampus unterdrückt. Bei Mäusen ohne Calcineurin tritt ein Phänomen, das als Langzeitpotenzierung (LTP) bekannt ist, häufiger auf und macht die Synapsen stärker.
„Es sieht so aus, als ob diese ungewöhnlich hohe LTP einen Einfluss auf die Aktivität dieser Zellen hat, insbesondere während Ruhephasen oder nach Explorationsperioden. Das ist eine sehr interessante Besonderheit “, sagte Tonegawa. "Wir wissen nicht, warum es so spezifisch ist."
Die Forscher glauben, dass die abnormale Hyperaktivität im Hippocampus eine Störung des „Standardmodus-Netzwerks“ des Gehirns bedeuten könnte - eines Kommunikationsnetzwerks, das den Hippocampus, den präfrontalen Kortex (wo die meisten Gedanken und Planungen stattfinden) und andere Bereiche des Kortex verbindet.
Dieses Netzwerk ist in einem Ruhezustand zwischen zielgerichteten Aufgaben aktiver. Wenn sich das Gehirn auf eine bestimmte Aktivität konzentriert, wird das Netzwerk im Standardmodus abgelehnt. Dieses Netzwerk ist jedoch bei schizophrenen Patienten vor und während Aufgaben, die einen Fokus erfordern, überaktiv, und Patienten leisten bei diesen Aufgaben keine gute Leistung.
Weitere Untersuchungen an Mäusen könnten dazu beitragen, mehr über die Rolle des Standardmodus-Netzwerks bei Schizophrenie zu erfahren, sagte Tonegawa.
Quelle: MIT
