Abnorme neurale Aktivität im Zusammenhang mit Schizophrenie

Neurowissenschaftler haben anormale neuronale Aktivität im Gehirn entdeckt, die Menschen mit Schizophrenie zu unorganisierten Denkprozessen führen kann. Dies geht aus einer im Journal veröffentlichten Studie hervor Neuron.

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) unter der Leitung von Susumu Tonegawa führten eine Mausstudie durch, in der sie feststellten, dass Mäuse, denen ein Gehirnprotein namens Calcineurin fehlte, im Hippocampus hyperaktive Gehirnwellen-Oszillationen erlebten.

Den Forschern zufolge haben frühere Studien Mutationen im Calcineurin-Gen bei schizophrenen Patienten identifiziert. Vor über 10 Jahren haben die Forscher beschlossen, Mäuse zu schaffen, denen dieses Gen im Vorderhirn fehlt.

Die Forscher fanden heraus, dass diese Mäuse viele Symptome von Schizophrenie zeigten, die beim Menschen vorhanden sind, einschließlich eingeschränktem Kurzzeitgedächtnis, Aufmerksamkeitsdefiziten und abnormalem Sozialverhalten.

Für diese jüngste Studie beobachteten die Forscher die elektrische Aktivität einzelner Nervenzellen im Hippocampus der Mäuse, während sie eine Spur verfolgten.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass normale Mäuse "place cells" in ihrem Hippocampus haben, bemerken die Autoren der Studie.

Diese Zellen zeigen eine "mentale Wiederholung" von bestimmten Orten entlang einer Laufstrecke, die nacheinander abfeuert, während eine Maus vom Laufkurs und wenn sie schlafen, ruht. Diese mentalen Wiederholungen sind mit sehr hochfrequenten Gehirnwellenschwingungen verbunden, die als "Welligkeitsereignisse" bekannt sind.

Der Mangel an Calcineurin beeinträchtigt die "Platzzellen"

Bei der Überwachung der Mäuse, denen Calcineurin fehlte, wurde jedoch festgestellt, dass ihre Gehirnaktivität normal war, während sie auf der Bahn liefen, aber im Vergleich zu normalen Mäusen schien sie stärker und häufiger, wenn sie ruhten.

Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass das Abfeuern der Ortszellen "abnormal verstärkt" war und in keiner bestimmten Reihenfolge, was darauf hindeutet, dass die Mäuse nicht in der Lage waren, die Route, die sie gerade auf der Strecke gelaufen waren, wiederzugeben.

Junghyup Suh, Forschungswissenschaftler am Picower Institut am MIT und Hauptautor der Studie, erklärt:

"Wir denken, dass wir in diesem Mausmodell eine Art Hinweis darauf haben könnten, dass ein unorganisierter Denkprozess vor sich geht.

Bei Welligkeitsereignissen in normalen Mäusen wissen wir, dass es ein sequenzielles Wiederholungs-Ereignis gibt. Diese mutierte Maus scheint diese Art von Wiederholung einer früheren Erfahrung nicht zu haben. "

Hyperaktivität "stört Standard-Netzwerk"

Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass die Rolle von Calcineurin bei normalen Mäusen darin besteht, die Synapsen - die Verbindungen zwischen Neuronen - im Hippocampus aufzuheben.

Sie sagen jedoch, dass Mäuse, denen Calcineurin fehlt, eine Langzeitpotenzierung (LTP) - eine langfristige Signalübertragung zwischen Neuronen - erfahren, die Synapsen stärker macht. Darüber hinaus stellen sie fest, dass der entgegengesetzte Effekt der LTP - Langzeitdepression (LTD) - unterdrückt wird.

"Es sieht so aus, als ob diese abnormal hohe LTP die Aktivität dieser Zellen speziell während der Ruhezeiten oder nach der Exploration beeinflusst. Das ist eine sehr interessante Spezifität. Wir wissen nicht, warum sie so spezifisch ist", sagt Prof. Tonegawa, Professor an Picower Biologie und Neurowissenschaften.

Die Forscher glauben auch, dass die abnorme Hyperaktivität, die im Hippocampus der Mäuse entdeckt wurde, denen Calcineurin fehlte, eine Störung des Standardmodus-Netzwerks (DMN) des Gehirns zeigen konnte. Dies ist ein Kommunikationsnetzwerk, das den Hippocampus, den präfrontalen Kortex und andere Teile des Cortex verbindet.

Sie stellen fest, dass das Netzwerk bei einer normalen Person aktiver ist, wenn eine Person zwischen Aufgaben ruht, die sich auf bestimmte Ziele oder Aktivitäten konzentrieren.

Aber bei schizophrenen Patienten ist das Standardmodus-Netzwerk vor und während der Aufgaben hyperaktiv, bei denen das Gehirn sich konzentrieren muss, was bedeutet, dass Patienten bei diesen Arten von Aktivitäten unterdurchschnittlich arbeiten.

"Daher", so die Autoren der Studie, "stellen unsere Ergebnisse eine neuartige Verbindung dar, dass die SWR (sharp-wave ripple) Aktivität einen Punkt der Konvergenz über disparate Schizophrenie-Modelle und einen neuen Einblick in die neurale Basis der kognitiven Störung darstellt."

Sie fügen hinzu, dass weitere Studien in den Mäusen benötigt werden, denen Calcineurin fehlt, um mehr darüber zu erfahren, wie das Standardmodus-Netzwerk mit Schizophrenie in Verbindung gebracht wird.

"Unsere Studie bietet nun einen neuen Weg, um die Wirkung aktueller Antipsychotika oder Behandlungen zu untersuchen. Jeder neurobiologische Ansatz, der das DMN beruhigen kann, könnte neue Wege eröffnen, die Symptome zu lindern und diese psychische Störung zu heilen."

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