Ученым еще предстоит ответить на извечный вопрос о том, формирует ли звук сознание плода в утробе матери, и будущие матери часто задаются вопросом о пользе таких занятий, как воспроизведение музыки во время беременности. Теперь, в экспериментах на новорожденных мышах, ученые из университета Джона Хопкинса сообщают, что звуки, по-видимому, изменяют паттерны "проводки" в областях мозга, которые обрабатывают звук раньше, чем предполагали ученые, и даже раньше, чем открывается ушной канал.

В нынешних экспериментах участвуют новорожденные мыши, у которых ушные каналы открываются через 11 дней после рождения. У человеческих плодов ушной канал открывается пренатально, примерно на 20 неделе беременности.

Результаты исследования, опубликованные в Интернете 12 февраля в журнале Science Advances, могут в конечном итоге помочь ученым определить способы обнаружения и вмешательства в аномальные проводки в мозге, которые могут вызвать проблемы со слухом или другие сенсорные проблемы.

"Как ученые, мы ищем ответы на основные вопросы о том, как мы становимся теми, кто мы есть", - говорит Патрик Канольд, доктор философии, профессор биомедицинской инженерии в Университете Джона Хопкинса и Медицинской школе. "В частности, я смотрю на то, как наша сенсорная среда формирует нас и как рано в развитии плода это начинает происходить."

Канольд начал свою карьеру в электротехнике, работая с микропроцессорами, естественным проводником его перехода к науке и изучению схем мозга.

В центре его исследований находится самая внешняя часть мозга, кора, которая отвечает за многие функции, включая сенсорное восприятие. Ниже коры находится белое вещество мозга, которое у взрослых содержит связи между нейронами.

В процессе развития белое вещество также содержит так называемые субпластинчатые нейроны, некоторые из которых развиваются в мозге первыми-примерно на 12—й неделе беременности у человека и на второй эмбриональной неделе у мышей. Анатому Марку Молливеру из университета Джона Хопкинса приписывают описание некоторых из первых связей между нейронами, образованными в белом веществе, и он ввел термин "субпластинчатые нейроны" в 1973 году.

Эти первичные субпластинчатые нейроны в конечном счете отмирают в процессе развития у млекопитающих, включая мышей. У людей это происходит незадолго до рождения в течение первых нескольких месяцев жизни. Но прежде чем они умирают, они устанавливают связи между ключевыми воротами в мозге для всей сенсорной информации, таламусом и средними слоями коры.

"Таламус является посредником информации от глаз, ушей и кожи в кору головного мозга", - говорит Канольд. "Когда что-то идет не так в таламусе или его связях с корой головного мозга, возникают проблемы нейродевелопмента." У взрослых нейроны таламуса вытягиваются и проецируют длинные, похожие на руки структуры, называемые аксонами, к средним слоям коры, но в эмбриональном развитии субпластинчатые нейроны располагаются между таламусом и корой, действуя как мост. В конце аксонов находится связующее звено для связи между нейронами, называемое синапсами.Работая с хорьками и мышами, Канольд ранее составил схему нейронов подложки. Канольд также ранее обнаружил, что субпластинчатые нейроны могут получать электрические сигналы, связанные со звуком, раньше, чем любые другие кортикальные нейроны.

Нынешнее исследование, которое Канольд начал на своей предыдущей должности в Мэрилендском университете, затрагивает два вопроса, говорит он: когда звуковые сигналы попадают в подпластинчатые нейроны, происходит ли что-нибудь и может ли изменение звуковых сигналов изменить схемы мозга в этом молодом возрасте?

Во-первых, ученые использовали генетически модифицированных мышей, которым не хватает белка на волосяных клетках внутреннего уха. Белок является неотъемлемой частью для преобразования звука в электрический импульс, который поступает в мозг; оттуда он переводится в наше восприятие звука. Без белка мозг не получает сигнала.

У глухих мышей 1-недельного возраста исследователи обнаружили примерно на 25-30% больше связей между субпластинчатыми нейронами и другими нейронами коры головного мозга по сравнению с 1-недельными мышами с нормальным слухом и выросшими в нормальной среде. Это говорит о том, что звуки могут изменять схемы мозга в очень молодом возрасте, говорит Канольд.

Кроме того, говорят исследователи, эти изменения в нейронных связях происходили примерно на неделю раньше, чем обычно наблюдалось. Ранее ученые предполагали, что сенсорный опыт может изменять кортикальные цепи только после того, как нейроны в таламусе достигают и активируют средние слои коры, что у мышей происходит примерно в то время, когда их ушные каналы открываются (около 11 дней).

"Когда нейроны лишены входного сигнала, такого как звук, они тянутся к другим нейронам, возможно, чтобы компенсировать отсутствие звука", - говорит Канольд. "Это происходит на неделю раньше, чем мы думали, и говорит нам, что отсутствие звука, вероятно, реорганизует связи в незрелой коре."

Точно так же, как отсутствие звука влияет на мозговые связи, ученые полагали, что дополнительные звуки могут влиять и на ранние нейронные связи у нормально слышащих мышей.

Чтобы проверить это, ученые поместили нормально слышащих 2-дневных мышат в тихий вольер с динамиком, который издает звуковой сигнал, или в тихий вольер без динамика. Ученые обнаружили, что мышиные детеныши в тихом вольере без звукового сигнала имели более сильные связи между подложкой и кортикальными нейронами, чем в вольере с звуковым сигналом. Однако разница между мышами, помещенными в пищащие и тихие вольеры, была не так велика, как между глухими мышами и мышами, выросшими в нормальной звуковой среде.

У этих мышей также было больше разнообразия среди типов нейронных цепей, которые развивались между субпластинкой и кортикальными нейронами, по сравнению с нормальными слуховыми мышатами, выросшими в тихом вольере без звука. Нормальные слышащие мыши, выросшие в тихом вольере, также имели нейронную связь в субпластинчатых и корковых областях, сходную с таковой у генетически модифицированных глухих мышей.

"У этих мышей мы видим, что разница в раннем звуковом опыте оставляет след в мозге, и это воздействие звука может быть важным для развития нервной системы", - говорит Канольд.

Исследовательская группа планирует дополнительные исследования, чтобы определить, как раннее воздействие звука влияет на мозг в дальнейшем развитии. В конечном счете, они надеются понять, как воздействие звука в утробе матери может быть важным в развитии человека и как объяснить эти изменения контура при установке кохлеарных имплантатов у глухих детей. Они также планируют изучить мозговые сигнатуры недоношенных детей и разработать биомаркеры для проблем, связанных с неправильным подключением субпластинчатых нейронов.

ИСТОЧНИК