A KOKI kutatói új, régióspecifikus agykérgi kommunikációs csatornát fedeztek fel

Hírek

Az ELKH Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI) kutatói a Lausanne-i Egyetemmel együttműködve egy új, regióspecifikus kommunikációs csatornát fedeztek fel és írtak le az agykéreg és az információfeldolgozásban legfontosabb szubkortikális partnere, a talamusz között. Ez az új idegi útvonal jelen van a magasabb rendű kognitív funkciókban részt vevő frontális agykérgi régiókban, de hiányzik az érzékszervi információkkal foglalkozó koponyafali (parietális) agykérgi területekről. Az adatok azt mutatják, hogy a korábbi elképzelésekkel ellentétben az információfeldolgozás regionális heterogenitást mutat a különböző agykérgi körökben. Az eredmények segíthetnek megérteni a normális idegi működés és a frontális kéreghez kapcsolódó krónikus neurológiai és neuropszichiátriai betegségek, köztük a Parkinson-kór, a skizofrénia, a krónikus fájdalom és az epilepszia neuronális alapjait, és új utakat nyitnak a kortikotalamikus kölcsönhatások tanulmányozása terén. Az erről szóló tanulmány a legrangosabb idegtudományi folyóiratban, a Nature Neuroscience-ben jelent meg.

Az emlősök agyában az információfeldolgozás csúcsán az agykéreg áll. Érdekes módon azonban a szaglóbemeneteken kívül semmilyen gyors, pontos információ nem jut el az agykéregbe talamikus átkapcsolás nélkül. Minden agykérgi régió kap talamikus bemenetet, még a szaglóérzékelő kéreg sem működőképes ép talamikus bemenet nélkül. A talamusz és a kéreg közötti kölcsönhatás nem egyirányú. Az agykérgi régiók nemcsak kapnak, hanem küldenek is idegrostokat a talamuszba. Ez a felülről lefelé irányuló információs csatorna a kortikotalamikus útvonal. A talamusz és az agykéreg között az információ tehát nem egyszerűen egy irányba halad, feldolgozása összetett, állandóan kölcsönhatásban lévő kortiko-talamo-kortikális hurkokban történik. Hádinger Nóra és munkatársai új tanulmányukban egy eddig nem ismert kortikotalamikus kapcsolatot írnak le.

A kéreg és a talamusz közötti összeköttetést az elmúlt 100 évben intenzíven tanulmányozták, és a kapott eredmények alapján alkotott képet minden régióra mértékadónak, azaz kanonikusnak tekintették. Annak ellenére, hogy nyilvánvaló különbségek vannak a különböző agykérgi területeken feldolgozott információk természetében ‒ például szenzoros, motoros, érzelmi stb. ‒, mégis úgy gondolták, hogy a kortikotalamikus pályák szerveződésében nincsenek minőségi regionális különbségek.

A KOKI kutatóinak új eredményei szerint a frontális agykérgi területek specifikus kortikotalamikus innervációs mintázatot mutatnak, amely más agykérgi területeken hiányzik. Ez azt bizonyítja, hogy a kortikotalamikus pálya nem kanonikus. Az új, régiószelektív kortikotalamikus útvonal a talamikus retikuláris magot (TRN) célozta meg, amely csak gátló neuronokat tartalmaz.

.

1. ábra: A frontális kéreg ötödik rétegi piramissejtjeinek kollaterálisai szinaptikus végződésekkel a TRN-ben. Bal panel: Konfokális felvétel a TRN-ről. A frontális kéreg ötödik rétegéből eredő, szinaptikus végződésekkel tűzdelt kérgi rostok zölddel (EYFP), a TRN-sejtek sejttestjei és dendritjei kékkel (parvalbumin – PV, immunofetés) vannak jelölve. A nyilak a szinaptikus végződésekre mutatnak. Jobb panel: Elektronmikroszkópos felvétel a kéreg ötödik rétegéből származó idegvégződés (fekete csapadékkal és zöld árnyékolással jelölve) és egy TRN-dendrit (kék árnyékolással jelölve) között létrejött szinaptikus kapcsolatról.

Az agyban nincs megfelelő neuronális aktivitás pontosan szervezett gátló aktivitás nélkül. Az agyat érintő betegségek túlnyomó többségében az ingerlés és a gátlás egyensúlya, valamint időzítése felborul. Ez alól a talamusz sem kivétel. A talamusz gátlásának fő szabályozója, a TRN egy vékony burok a talamusz körül, amelynek gátló axonvégződései sűrűn beidegzik (innerválják) az összes talamuszmagot. Ami a TRN-t irányítja, az irányítja a talamuszt is. A TRN különböző szektorai szép topográfiai sorrendben vetülnek a különböző talamusz régiókba. Mivel a specifikus talamuszmagok specifikus agykérgi régiókba vetülnek, egy specifikus TRN-szektor aktiválása egy jól meghatározott kortiko-talamo-kortikális hurok aktivitásának szabályozását kell hogy eredményezze. Hádinger és munkatársai éppen erre találtak bizonyítékot. A frontális kortikális bemenetek által megcélzott TRN-sejtek innerválták a talamusz azon részeit, amelyek visszavetültek a frontális kéregbe, lezárva a kortiko-talamo-kortikális hurkot.

A bemenetek lehetnek gyengék vagy erősek, lehet belőlük sok vagy kevés. A mostani kutatás szerint a TRN számos kortikotalamikus bemenetet kap, néha akár különböző agykérgi régiókból is. Az adatok azt is megmutatják, hogy a TRN különösen érzékeny a kortikális bemenetek szinkronitására. A növekvő kortikális szinkronitás fokozatosan változtatja meg a TRN-aktivitás időzítését és mennyiségét. Ez kulcsfontosságú lesz a talamuszsejtek olyan szinkron vagy hiperszinkron agykérgi aktivitásra adott válaszának szabályozásában, mint például az epilepsziás rohamok.

.

2. ábra: A szenzoros és a frontális kérgek ötödik rétegi piramissejtjeinek talamikus vetítését bemutató sematikus ábra

A kutatás feltárta, hogy a magasabb rendű kognitív funkciókban részt vevő kortiko-talamo-kortikális hurkokban az információfeldolgozás tulajdonságai minőségileg különböznek más ‒ például szenzoros ‒ hurkokétól. A TRN-t célzó új kortikotalamikus útvonal felfedezése segíthet megérteni a normális idegi működés és a frontális kéreghez kapcsolódó krónikus neurológiai és neuropszichiátriai betegségek, köztük a Parkinson-kór, a skizofrénia, a krónikus fájdalom és az epilepszia neuronális alapjait, és új lehetőségeket nyit a kortikotalamikus kölcsönhatások tanulmányozására. A kutatást az ELKH mellett a Horizont program keretében a European Research Council támogatta.

Publikáció:

Nóra Hádinger, Emília Bősz, Boglárka Tóth, Gil Vantomme, Anita Lüthi & László Acsády (2022). Region-selective control of the thalamic reticular nucleus via cortical layer 5 pyramidal cells. Nature Neuroscience. Doi: 10.1038/s41593-022-01217-z