Взаимосвязь между уровнем аудиальной активности нейронов и степенью миелинизации нервных волокон

Диапазон пластичности миелинизации рассматривается в качестве механизма, позволяющего модулировать информационный поток путем сбалансирования функциональных потребностей с метаболическими и функциональными ограничениями. При этом известно, что нервные структуры слухового анализатора характеризуются высоким уровнем миелинизации и функционированием на верхних частотных пределах потенциала действия и скорости, наб­людаемой в центральной нервной системе млекопитающих.

В недавнем исследовании, проведенном сотрудниками Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене (Ludwig-Maximilians-­Universitaet in Munich), Германия, на лабораторных животных, сообщается о влиянии уровня активности нейронов слухового анализатора на степень миелинизации нервных волокон, что опосредует скорость передачи импульса как у взрослых особей, так и в развивающемся мозге.

В настоящее время общепризнанной считается гипотеза, согласно которой скорость передачи нервного импульса зависит от нескольких факторов, включая диаметр аксона и толщину электроизолирующих оболочек миелина, окружающих аксоны. Как правило, скорость передачи импульса положительно коррелирует с диаметром аксонов и толщиной миелиновой оболочки. При этом у млекопитающих функциональные требования, предъявляемые к слуховому анализатору, характеризуются чрезвычайно точной и быстрой обработкой акустической информации, что определяет значительную долю миелинизированных аксональных волокон.

В экспериментальной модели на лабораторных мышах команде нейробиологов удалось продемонстрировать, что активность нервных клеток в структурах слухового анализатора оказывает прямое влияние на степень миелинизации таким образом, что более высокие уровни активности коррелируют с формированием более выраженного миелинового слоя оболочек нейронов.

Результаты исследования опубликованы в «Journal of Neuro­science» 31 июля 2017 г.

Специализированные сенсорные нейроны — волосковые клетки улитки внутреннего уха — ответственны за непосредственную рецепцию звуков, после чего эта информация передается в слуховую кору через несколько промежуточных структур.

Авторы исследования объяснили, что работа была сосредоточена на изучении нейрональной активности трапециевидного тела — структуры, расположенной в области ствола мозга и являющейся частью пути, в итоге достигающего слуховой коры. Известно, что новорожденные мышата не слышат, и лишь через 12 дней после рождения постепенно начинают воспринимать акустические сигналы. В этот момент уровень активности слуховых нейронов начинает медленно возрастать. В результате последовательных наблюдений за лабораторными животными ученые смогли продемонстрировать, что скорость и частота передачи сигнала в трапециевидном теле удваивается, как только мышата начинают воспринимать звуки. Кроме того, удалось констатировать, что как диаметр аксонов, так и толщина их миелиновых оболочек, постепенно увеличиваются до тех пор, пока не достигнут значений, наблюдаемых в слуховой системе взрослого животного.

В дополнение к этому проведен анализ влияния сниженной акустической стимуляции на формирование аксонов трапециевидного тела. Для этого ученые произвели звукоизоляцию наружного слухового прохода у 10-дневных мышат в течение последующих 10 дней. Такое вмешательство способствовало обратимой потере слуха — увеличению порога слуха около 50 дБ.

В результате у этих животных в основном не наблюдали естественного увеличения диаметра аксонов наряду с уменьшением толщины миелиновых оболочек. При воспроизведении аналогичного эксперимента на взрослых особях ученые также отметили уменьшение толщины миелиновых оболочек, однако диаметр аксонов не изменялся. Исходя из этих результатов, исследователи пришли к выводу, что сама активность нейронов играет важную роль в синтезе и поддержании структуры миелиновой оболочки, и поэтому миелинизированные волокна требуют минимального уровня вызванной звуком стимуляции.

Кроме того, с учетом полученных результатов для углубленного изучения эффектов уменьшенной звуковой стимуляции авторами разработана компьютерная модель, с помощью которой продемонстрировано, что в заданных условиях не только аксональная проводимость, но и способность передавать высокочастотные потенциалы действия снижаются.

Резюмируя итоги исследования, авторы отметили, что описанные закономерности особенно важны в слуховой системе, поскольку они определяют уменьшение временной точности передачи сигнала, а качество нашего восприятия акустической среды, прежде всего, зависит от скорости генерации потенциала действия и точного нейронного расчета их временных последовательностей.

• Ludwig-Maximilians-Universität München (2017) Neurobiology: Use it or lose it. ScienceDaily, Aug. 2 (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170802120639.htm).
• Sinclair J.L., Fischl M.J., Alexandrova O. et al. (2017) Sound-evoked activity influences myelination of brainstem axons in the trapezoid body. J. Neurosci., July 31 [Epub. ahead of print].

Наталья Савельева-Кулик