Подобно картографической карте, каждая представленная область тела в соматосенсорной коре связана с соответствующей поверхностью тела благодаря нейронным путям, которые поддерживают строгую топографическую связь вдоль нервной системы. На этом пути таламус, глубокая структура мозга, лежащая под корой, играет ключевую роль, передавая периферическую информацию в кору без потери двухточечного соответствия. Используя эту необычайную точность, мы можем различать, какая точка нашего тела получает внешний стимул, и иметь четко определенную карту периферии.
Такая точная топография составляет основу осязания и необходима для выживания вида.
Как нейроны соматосенсорной коры организованы во время развития для выполнения этих функций? Нейроны этой области мозга, как и остальной части коры головного мозга, собраны в столбцы, которые располагаются рядом друг с другом, как строительные кирпичи.
Однако остается неизвестным, как эти столбчатые структуры становятся функциональными корреспондентами отдаленных регионов периферии. Хотя в некоторых исследованиях подчеркивается роль генетических факторов в формировании первоначальных столбцов, в большинстве исследований за последнее десятилетие подчеркивалось, что такая предрасположенность достигается в результате сенсорного опыта в послеродовом периоде жизни.
Теперь исследование, проведенное Институтом нейробиологии UMH-CSIC в Аликанте, опубликованное в Science, показывает, что кортикальные столбы уже определены и полностью функциональны еще до рождения благодаря спонтанной электрической активности эмбрионального таламуса. Таламус – это не просто ретранслятор, он руководит формированием функциональных кортикальных столбов и сопутствующей соматотопической карты в еще незрелой коре головного мозга, прежде чем внешние сенсорные ощущения станут эффективным источником информации.
В частности, таламус делает это, генерируя и передавая образцы спонтанной активности (называемые волнами) развивающейся коре головного мозга. Открытие было сделано на грызунах в особой и обширной области их соматосенсорной коры: бочкообразной коре головного мозга.
В этой области изображены усы на морде, которые для грызунов сенсорно эквивалентны нашим рукам.
«Наши данные показывают, что эмбриональные паттерны электрической активности таламуса, структуры мозга, через которую сенсорная информация проходит в кору, организуют архитектуру корковой соматосенсорной карты. Разработка этой карты включает в себя появление функциональных кортикальных столбов у эмбрионов, обусловленных активностью в виде волн, которые спонтанно распространяются через таламус ».« Мы предполагаем, что этот образец активности, который имеет место на эмбриональных стадиях, подготавливает области коры. и схемы для получения информации от органов чувств после рождения ", – объясняет исследователь CSIC Гильермина Лопес-Бендито.
Исследователи отмечают, что, поскольку таламические волны не являются уникальными для структуры таламуса, участвующего в осязании, но распространяются на другие органы чувств, такие как зрение или слух, принципы кортикального картирования, описанные в этой статье, вероятно, разделяются другими сенсорными модальностями.
«Весьма вероятно, что этот механизм, участвующий в формировании сенсорных карт, которые мы обнаружили у грызунов, может быть экстраполирован на людей, потому что организация коры головного мозга эволюционно сохраняется между видами», – объясняет Лопес-Бендито.
«Спонтанная активность таламуса не является чем-то косвенным, но содержит важную информацию для построения мозга во время эмбрионального развития.
Ранее считалось, что нейронные цепи были построены на генетическом отпечатке, и что постнатальный сенсорный опыт в конечном итоге определяет карты. Эта работа ставит под сомнение это видение, потому что оно демонстрирует существование этих карт до рождения », – говорит Лопес-Бендито. «Наши результаты показывают, что спонтанная таламическая активность во время эмбриональной фазы важна для нормального развития мозга, определяя то, что в нейробиологии называется критическим периодом, т.е.е. период времени, в течение которого пластические изменения возможны, но после этого изменения станут непоправимыми ", – добавляет она.
Помимо выделения нового механизма регуляции развития мозга, такого как паттерн внутренней эмбриональной активности в подкорковой структуре, эта работа может иметь долгосрочные последствия для понимания определенных патологий.
Например, при некоторых нарушениях нервного развития, таких как аутизм или синдром ломкой Х-хромосомы, при которых изменения в корковой структуре связаны с изменениями сенсорной обработки.