Early-life medial pulvinar disruption drives schizophrenia-relevant prefrontal inhibitory and cognitive deficits in primates
Diese Studie zeigt, dass eine frühkindliche Störung des medialen Pulvinars bei Primaten die Reifung präfrontaler inhibitorischer Schaltkreise beeinträchtigt und zu kognitiven Defiziten im Erwachsenenalter führt, was darauf hindeutet, dass bestimmte mit Schizophrenie zusammenhängende kortikale Dysfunktionen aus abnormalen thalamischen Inputs statt aus intrinsischer kortikaler Pathologie resultieren.
Originalarbeit unter CC0 1.0 der Gemeinfreiheit gewidmet (https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich Ihr Gehirn als eine geschäftige, hochtechnologische Stadt vor. Der Präfrontale Kortex ist das Bürgermeisteramt, die Kommandozentrale, die für die Planung, das Behalten von Informationen im Kopf (das Arbeitsgedächtnis) und das Treffen kluger Entscheidungen verantwortlich ist. Aber ein Bürgermeister kann seinen Job nicht alleine machen; er braucht einen stetigen Strom zuverlässiger Nachrichten aus dem Rest der Stadt. Im Gehirn kommen diese Nachrichten von einer Relaisstation namens Thalamus. Betrachten Sie den Thalamus nicht nur als ein Postamt, sondern als einen Bauleiter, der nicht nur Post zustellt, sondern auch hilft, das Bürgermeisteramt zu bauen, während es noch im Bau ist.
Lange Zeit glaubten Wissenschaftler, dass Probleme im Bürgermeisteramt (dem präfrontalen Kortex) die Hauptursache für psychische Erkrankungen wie Schizophrenie seien – ein Zustand, bei dem das Denken und die Wahrnehmung durcheinandergebracht werden. Sie fragten sich: Bricht das Büro zusammen, weil es intern eine schlechte Verkabelung hat, oder weil der Bauleiter zur falschen Zeit nicht auftaucht? Diese Frage ist entscheidend, denn wenn das Problem bereits bei der Zustellung der Anweisungen während der frühen Entwicklung beginnt, ist das spätere Reparieren des Büros vielleicht so, als würde man versuchen, ein Gebäude zu streichen, das nie korrekt gebaut wurde. Um dieses Rätsel zu lösen, mussten Forscher sehen, was passiert, wenn dieser spezifische „Bauleiter“ während der kritischen Bauphase eines jungen Gehirns fehlt.
In dieser Studie beschlossen Wissenschaftler, ein hochriskantes Spiel des „Was wäre wenn“ mit einem winzigen, klugen Primaten namens Marmoset zu spielen. Sie wollten sehen, ob das Unterbrechen der Verbindung von einem spezifischen Teil des Thalamus, dem medialen Pulvinar, während der Säuglingsphase des Tieres die „Bürgermeisterstelle“ (den präfrontalen Kortex) im späteren Leben beeinträchtigen würde. Sie unterbrachen die Verbindung nicht einfach nur; sie taten dies zu zwei verschiedenen Zeiten: einmal, als die Marmosets Babys waren (gerade einmal 2 bis 4 Wochen alt), und einmal, als sie voll ausgewachsene Erwachsene waren. Dies ermöglichte es ihnen zu sehen, ob der Zeitpunkt des Unterbrechens einen Unterschied machte.
Die Ergebnisse waren wie das Finden eines fehlenden Puzzleteils, das erklärt, warum manche Gebäude Jahrzehnte nach dem Bau zerfallen. Als die Wissenschaftler die Verbindung bei Baby-Marmosets unterbrachen, wurde der präfrontale Kortex nicht nur leicht beschädigt; er schaffte es nicht, seine Renovierung abzuschließen. Als diese Tiere zu Erwachsenen heranwuchsen, zeigten ihre Gehirnscans, dass die „Straßen“ innerhalb des Kortex (die Mikrostruktur) in einem unordentlichen, unreifen Zustand feststeckten, im Gegensatz zu den glatten, organisierten Straßen gesunder Erwachsener. Am wichtigsten war, dass diese in der frühen Phase geschädigten Tiere erheblich Schwierigkeiten mit dem Arbeitsgedächtnis hatten. Wenn sie aufgefordert wurden, sich eine Form für einige Sekunden zu merken und sie dann aus einer Menge herauszusuchen, scheiterten sie viel häufiger als gesunde Affen. Interessanterweise zeigten die Tiere keine Gedächtnisprobleme, wenn die Wissenschaftler dieselbe Verbindung bei erwachsenen Marmosets unterbrachen. Dies deutet darauf darauf hin, dass der Thalamus nicht nur ein Bote für das erwachsene Gehirn ist, sondern ein entscheidender Instrukteur, der das Gehirn während eines spezifischen Zeitfensters der Kindheit lehrt, zu lernen und sich zu erinnern.
Bei tiefergehender Untersuchung betrachteten die Forscher die winzigen Zellen innerhalb der Kommandozentrale des Gehirns. Sie fanden heraus, dass der frühe Schaden zu einem Mangel an einer speziellen Art von Zelle, den Parvalbumin-Interneuronen, führte. Man kann sich diese Zellen als die „Dirigenten“ des Gehirns vorstellen, die dafür verantwortlich sind, den elektrischen Rhythmus stabil zu halten, damit alle im Einklang spielen. In den Tieren mit den frühen Schnitten waren diese Dirigenten weniger zahlreich, kleiner und verhielten sich wie Babys – sie konnten nicht schnell genug feuern, um den Rhythmus zu halten. Dieser Mangel an Rhythmus zeigte sich als Abfall der Gamma-Leistung, einer spezifischen Art von Gehirnwelle, die für Fokus und Gedächtnis entscheidend ist. Ohne diesen stetigen Schlag bricht die Fähigkeit des Gehirns, Informationen im Geist zu behalten, in sich zusammen.
Die Studie schloss auch einige andere Ideen aus. Zum Beispiel waren die Gedächtnisprobleme nicht darauf zurückzuführen, dass die Tiere nicht in der Lage waren, einfache Regeln zu lernen oder ihre Meinung zu ändern, wenn sich eine Belohnung verschob (Aufgaben namens Reversal Learning); sie waren spezifisch schlecht darin, Informationen im Kopf zu behalten. Dies zeigt uns, dass das Problem keine allgemeine Verwirrung war, sondern ein spezifisches Versagen des „Speichers“ für Gedanken. Darüber hinaus deutet die Tatsache, dass das Unterbrechen der Verbindung bei Erwachsenen nicht dieselben tiefgreifenden Probleme verursachte, darauf hin, dass es beim Schaden nicht nur um den Verlust eines Signals geht; es geht darum, eine kritische Entwicklungslektion zu verpassen, die das Gehirn während der Säuglingsphase lernen muss.
Zusammenfassend lässt diese Forschung darauf schließen, dass einige der kognitiven Schwierigkeiten, die bei Erkrankungen wie Schizophrenie beobachtet werden, möglicherweise nicht im Denkteil des Gehirns selbst beginnen, sondern in den Anweisungen aus dem frühen Leben, die vom Thalamus gesendet werden. Wenn der „Bauleiter“ während der sensiblen Jahre der Kindheit nicht erscheint, wird das „Bürgermeisteramt“ vielleicht niemals seine wichtigsten Werkzeuge für Gedächtnis und Fokus fertigstellen können. Obwohl dies nicht beweist, dass jeder Fall von Schizophrenie dadurch verursacht wird, bietet es einen kraftvollen neuen Hinweis: Manchmal müssen wir, um das erwachsene Gehirn zu heilen, verstehen, was während seiner allerersten Tage des Aufbaus schiefgelaufen ist.
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