Nghiên cứu khoa học thần kinh tiết lộ có thể có một sự thay đổi cho các cơn động kinh não

Bộ não là một công cụ chính xác. Chức năng của nó phụ thuộc vào hoạt động điện được hiệu chuẩn tinh xảo kích hoạt giải phóng các thông điệp hóa học giữa các tế bào thần kinh.

Nhưng đôi khi sự cân bằng cẩn thận của bộ não bị đánh bật khỏi tầm kiểm soát, như trong chứng động kinh. Điện não đồ, hay điện não đồ, hình dung một hoạt động điện não và có thể tiết lộ cách thức một cơn động kinh phân tách khỏi mô hình sóng dự đoán của hoạt động não điển hình.

Nhưng y học vẫn thiếu một giải pháp cho bệnh động kinh. Có khả năng dự đoán cơn động kinh hạn chế, và không có cách nào can thiệp ngay cả khi bạn có thể dự đoán. Mặc dù dược phẩm có sẵn cho những người đối phó với bệnh động kinh, nhưng chúng có nhiều tác dụng phụ và chúng không có tác dụng với tất cả mọi người.

Làm việc với một vấn đề trong phòng thí nghiệm khoa học thần kinh của tôi, khi tôi dừng lại để tưởng tượng việc sống với bộ não mất kiểm soát theo cách này sẽ đáng sợ đến mức nào, nó thực sự thúc đẩy tôi. Có thể có một cách để giành lại quyền kiểm soát các tế bào thần kinh này trở nên bất hảo? Tôi đã tập trung vào việc làm thế nào một ngăn cụ thể trong mỗi tế bào não có thể giúp chúng ta làm điều đó.

Công tắc ghi đè cho hoạt động của não

Ngay từ khi còn là sinh viên đại học, tôi đã bị mê hoặc với một phần của tế bào thần kinh gọi là phân đoạn ban đầu của sợi trục. Mỗi nơ-ron chứa ngăn nhỏ này. Nó có một nơ ron thần kinh quyết định bắn ra tín hiệu điện, gửi một thông điệp hóa học đến tế bào tiếp theo.

Có những kết nối chuyên biệt ở đây có thể tạo ra sự kiểm soát mạnh mẽ; họ có thể ghi đè lên tế bào của riêng bạn. Cơ chế kiểm soát này tồn tại để tổ chức hoặc mô hình hóa hoạt động của não - một yêu cầu đối với phần lớn hành vi của chúng ta.

Ví dụ, để đi vào giấc ngủ, hoạt động não của bạn cần phải chuyển động thành một dao động chậm. Ngược lại, sự tập trung mạnh vào một vấn đề đòi hỏi mô hình phải nhận, tạo ra một dao động nhanh. Không có khả năng sản xuất và điều chỉnh các mô hình hoạt động não này có liên quan đến nhiều rối loạn của não.

Khi các phân đoạn ban đầu của sợi trục của nhiều tế bào thần kinh đều nhận được tín hiệu im lặng cùng một lúc, nó sẽ dẫn đến một máng trong mô hình sóng của điện não đồ. Điều này có nghĩa là nó làm dịu hoạt động của bộ não, một điều mà trong điều kiện bình thường sẽ hữu ích khi di chuyển giữa trạng thái thức và thư giãn.

Nếu các nhà nghiên cứu có thể khai thác sức mạnh của các kết nối ức chế này, chúng ta có khả năng có thể thiết lập lại mô hình hoạt động của bộ não bất cứ khi nào chúng ta muốn. Nó có thể là một cách để kiểm soát trở lại trong một bộ não động kinh.

Phân tử làm trung gian cho thông điệp

Để bắt đầu hiểu làm thế nào để điều chỉnh sức mạnh này của phân khúc ban đầu sợi trục, trước tiên tôi và các đồng nghiệp của tôi cần phải hiểu mối quan hệ đối tác phân tử tại các kết nối này. Để ức chế có hiệu quả ở đoạn ban đầu sợi trục, cần phải có thiết bị phù hợp để nhận tín hiệu. Trong trường hợp ức chế trong não, thiết bị này là thụ thể GABA A.

Với các cộng tác viên Hans Maric và Hermann Schindelin, chúng tôi đã xác định được mối quan hệ đối tác chặt chẽ và độc quyền giữa hai protein - tiểu đơn vị thụ thể α2 GABA A và collybistin. Tìm ra mối quan hệ chặt chẽ giữa hai phân tử này trả lời một số câu hỏi mở về cách thức các protein tại các vị trí tiếp xúc ức chế có thể tương tác. Chúng tôi biết rằng tiểu đơn vị α2 thụ thể GABA A được tìm thấy ở đoạn ban đầu sợi trục, nhưng các nhà nghiên cứu đã không hiểu làm thế nào nó đến đó hoặc được giữ ở đó. Collybistin có thể là chìa khóa.

Vì vậy, bây giờ chúng tôi nghĩ rằng hai protein này có thể làm việc cùng nhau ở đoạn ban đầu sợi trục. Để đưa nó đi xa hơn, cố vấn sau tiến sĩ của tôi, Stephen Moss và tôi muốn hiểu ý nghĩa của việc này đối với các kết nối ở phân đoạn ban đầu của sợi trục và cuối cùng là cách não hoạt động. Để cố gắng tìm ra điều đó, chúng tôi đã tạo ra một đột biến di truyền dẫn đến việc hai protein không thể kết nối với nhau.

Các tế bào thần kinh của chuột với đột biến này, trên thực tế, đã mất các kết nối ức chế vào phân đoạn ban đầu của sợi trục. Các kết nối ức chế với các bộ phận khác của tế bào não vẫn còn nguyên vẹn, một lần nữa ủng hộ ý tưởng rằng sự hợp tác protein này là độc quyền và đặc biệt quan trọng ở phân đoạn ban đầu của sợi trục.

Chuột có kinh nghiệm đột biến này co giật trong quá trình phát triển. Khi chúng lớn lên, những con chuột này không còn có dấu hiệu bị co giật. Trong một số dạng động kinh ở trẻ em, trẻ em cũng có thể vượt qua cơn co giật. Vì vậy, đột biến này là vô cùng có giá trị trong việc cung cấp một mô hình có thể cho bệnh động kinh ở trẻ em. Chúng tôi hy vọng nó có thể giúp chúng tôi hiểu rõ hơn những gì xảy ra trong não khi bị động kinh, đồng thời thiết kế và thử nghiệm các liệu pháp tốt hơn, như hợp chất chọn lọc được phát triển bởi AstraZeneca mà các nhà khoa học cũng đóng góp cho dự án này.

Một bước định lượng nhưng sớm

Các nhà thần kinh học từ lâu đã suy đoán về sự hợp tác giữa thụ thể GABA A và collybistin. Bây giờ kết quả của chúng tôi, được công bố gần đây trong Truyền thông tự nhiên, định nghĩa nó một cách định lượng.

Mặc dù chúng ta biết GABA Một thụ thể - đáp ứng với chất dẫn truyền thần kinh GABA - tín hiệu ức chế kiểm soát, chúng tôi vẫn đang tìm hiểu làm thế nào tất cả hoạt động. Tín hiệu GABA rất đa dạng, với các loại kết nối khác nhau tạo ra sự kiểm soát riêng biệt đối với việc bắn tế bào - một thứ khác mà chúng ta cần phải làm việc để hiểu. Và rối loạn chức năng trong tín hiệu GABA cũng liên quan đến một số rối loạn khác của não, ngoài chứng động kinh.

Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu này là thiết kế các phương pháp điều trị có thể kiểm soát các kết nối ức chế ở đoạn ban đầu sợi trục. Chúng tôi muốn phụ trách công tắc đó, có thể tắt việc bắn thần kinh ngoài tầm kiểm soát được thấy trong một cơn động kinh.

Tôi đang tưởng tượng cuộc sống với chứng động kinh, và tôi cũng đang tưởng tượng cuộc sống mà không có nó.

Bài viết này ban đầu được xuất bản trên Cuộc trò chuyện của Rochelle Hines. Đọc văn bản gôc ở đây.