Восстановление лимбических гамма-колебаний, происходящих из обонятельной луковицы,

Большое депрессивное расстройство является распространенным тяжелым психическим заболеванием, часто устойчивым к медикаментозной терапии, распространенность которого резко возросла с начала пандемии. В этой связи ведется поиск эффективных методов лечения, среди которых – лечение каннабиноидами. Альтернативный способ предлагает исследование на мышах и крысах, проведенное учеными из медицинской школы Нью-Йоркского университета Гроссмана (США) и Университета Сегеда (Венгрия). Оно показало, что восстановление определенных сигналов в области мозга, отвечающей за обработку запахов, предотвращает депрессию.

Восстановление лимбических гамма-колебаний, происходящих из обонятельной луковицы, уменьшает поведенческий дефицит, подобный депрессии, у грызунов

Reinstating olfactory bulb-derived limbic gamma oscillations alleviates depression-like behavioral deficits in rodents

Цюнь Ли (Qun Li), Юичи Такеучи (Yuichi Takeuchi), Цзяле Ван (Jiale Wang), Оррин Девински, (Orrin Devinsky), György Buzsáki, Antal Berényi  и др. журнал Neuron, 2023, DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.04.013

АННОТАЦИЯ

Хотя этиология основного депрессивного расстройства остается плохо изученной, снижение гамма-осцилляций является новым биомаркером. Обонятельная бульбэктомия, установленная модель депрессии, которая уменьшает лимбические гамма-осцилляции, страдает от неспецифических эффектов структурного повреждения. Показано, что временное функциональное подавление нейронов обонятельной луковицы или их эфферентов грушевидной коры уменьшало мощность гамма-колебаний в лимбических областях и вызывало депрессивно подобное поведение у грызунов. Усиление передачи гамма-колебаний от обонятельной луковицы к лимбическим структурам с помощью электрической нейромодуляции с замкнутым контуром облегчило это поведение. Напротив, подавление гамма-передачи с помощью антифазной стимуляции с замкнутым контуром усиливало поведение, подобное депрессии у животных. 

Эти индуцированные поведения были нейтрализованы обработкой кетамином, который восстановил лимбическую гамма-мощность. В совокупности результаты показывают причинно-следственную связь между лимбическими гамма-колебаниями и поведением, подобным депрессии у грызунов. Вмешательство в эти эндогенные ритмы может повлиять на поведение в моделях депрессии у грызунов, предполагая, что восстановление гамма-осцилляций может облегчить симптомы депрессии.

Исследование касается нервных клеток (нейронов), которые "срабатывают" - или излучают электрические сигналы для передачи информации. В последние годы было установлено, что эффективная коммуникация между областями мозга происходит при синхронизации паттернов активности группы нейронов в повторяющиеся периоды (колебания) совместного молчания, за которыми следует совместная активность.

Один из таких ритмов, называемый "гамма", повторяется примерно 30 или более раз в секунду и является важным временным шаблоном для кодирования сложной информации, потенциально включающей эмоции.

Хотя ее причины остаются плохо изученными, согласно предыдущим исследованиям, депрессия отражается в изменениях гамма-колебаний как электрофизиологического маркера заболевания в областях мозга, отвечающих за обоняние, которые также были связаны с эмоциями. К этим областям относится обонятельная луковица, прилегающая к полости носа, которая, как считается, является источником и "проводником" гамма-колебаний всего мозга.

Один из авторов исследования - Антал Берени, доктор медицинских наук, адъюнкт-доцент кафедры неврологии и физиологии в NYU Langone Health, сообщил, что опытами выявлена «механистическая связь между недостаточной гамма-активностью и снижением поведения у мышей и крысиных моделей депрессии. При этом изменения сигналов в обонятельной и связанной с ней лимбической системах аналогичны тем, которые наблюдаются у пациентов с депрессией".

Вызывающие болезнь изменения во времени и силе гамма-сигналов от обонятельной луковицы к некоторым областям мозга лимбической системы (грушевидная кора и гиппокамп), спровоцированные инфекциями, травмой или наркотиками, могут изменять эмоции. Также предполагается, что депрессия возникает не внутри обонятельной луковицы, а в результате изменений ее гамма-паттернов, направленных на другие цели мозга.

Команда исследователей также разработала обратимый метод предотвращения повреждений, начав с единственной сконструированной цепочки ДНК, инкапсулированной в безвредный вирус, который при введении в нейроны обонятельных луковиц грызунов заставляет клетки создавать определенные белковые рецепторы на их поверхности.

Это позволило исследователям вводить грызунам препарат, который распространялся по всей системе, но отключал только нейроны в луковице, которые имеют рецепторы, чувствительные к лекарствам. Таким образом, исследователи могли избирательно и обратимо отключать связь между областями мозга-партнера по луковице. Эти тесты показали, что хроническое подавление сигналов обонятельной луковицы, включая гамма-излучение, не только вызывало депрессивное поведение во время вмешательства, но и в течение нескольких дней после него.

В опытах учитывали как долго животные проводили на открытом пространстве (показатель тревожности), прекращали ли они плавать раньше, когда погружались (показатель отчаяния), перестали ли они пить воду с сахаром (получали меньше удовольствия от вещей) и отказывались ли они входить в лабиринт (избегали стрессовых ситуаций)?

Затем исследователи использовали изготовленное на заказ устройство, которое регистрировало естественные гамма-колебания от обонятельной луковицы и отправляло эти импульсные сигналы обратно в мозг грызунов в виде замкнутой электрической стимуляции. Устройство могло как подавлять гамма-излучение у здоровых животных, так и усиливать его. В результате подтвердилось, что подавление гамма-колебаний в обонятельной доле вызывало поведение, напоминающее депрессию у людей.

Подача же усиленного сигнала обонятельной луковицы обратно в мозг крыс, находящихся в депрессии, восстанавливала нормальную гамма-функцию в лимбической системе и снижала депрессивное поведение на 40 процентов, почти до нормального.

ВЫВОДЫ

• Подавление OB или OB-PirC пути уменьшает гамма и вызывает симптомы депрессии
• Антифазная стимуляция гамма-рецептора PirC с замкнутым контуром напоминает симптомы депрессии
• Кетамин улучшает симптомы депрессии, вызванные противофазной гамма-стимуляцией
• Синфазная гамма-стимуляция ослабила симптомы, вызванные LPS