Неисправность в суперкомпьютере
⏱️ 8 мин чтения | Ваш мозг — это передовой суперкомпьютер. Но при БХ один из основных процессоров начинает давать сбои. Исследовательская группа из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе провела детальное изучение, чтобы визуализировать конкретные цепи, выходящие из строя, — и то, как они выглядят иначе при БХ.
Внимание: Автоматический перевод — возможность ошибок
Чтобы как можно быстрее распространить новости об исследованиях и испытаниях HD среди как можно большего числа людей, эта статья была автоматически переведена искусственным интеллектом и еще не была проверена редактором-человеком. Хотя мы стараемся предоставлять точную и доступную информацию, переводы ИИ могут содержать грамматические ошибки, неправильные толкования или неясные формулировки.Для получения наиболее достоверной информации, пожалуйста, обратитесь к оригинальной английской версии или вернитесь позже, чтобы получить полностью отредактированный человеком перевод. Если Вы заметили существенные проблемы или если Вы являетесь носителем этого языка и хотели бы помочь в улучшении точности перевода, пожалуйста, обращайтесь по адресу editors@hdbuzz.net.
Ваш мозг — самый передовой суперкомпьютер в мире. Но при болезни Хантингтона (БХ) один из основных процессоров этого компьютера начинает давать сбои. Используя передовые методы визуализации, исследовательская группа из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе провела детальное изучение, чтобы идентифицировать и визуализировать конкретные цепи, выходящие из строя в частях мозга, наиболее затронутых БХ, — и то, как заболевание заставляет их выглядеть иначе. Они обнаружили, что специфические цепи центральной области мозга (стриатума), которые поражаются при БХ, называемые средними шипиковыми нейронами, менее связаны и менее шипиковые, чем должны быть.
Самый сложный компьютер в мире
Самый сложный компьютер в мире сделан не из микросхем — он находится прямо у вас в голове. Хотя самые быстрые суперкомпьютеры соперничают с человеческим мозгом по чистой вычислительной мощности, ничто не может сравниться с необычайной гибкостью и эффективностью вашего мозга.
Чтобы дать вам приблизительное представление, самый мощный суперкомпьютер на данный момент, названный «Эль-Капитан» в Калифорнии, размещает передовое оборудование на площади двух теннисных кортов и потребляет энергию небольшого города. Мозг имеет размер примерно с грейпфрут и работает на энергии тусклой лампочки, но при этом чудесным образом достигает той же вычислительной мощности. Не говоря уже о том, что «Эль-Капитан» не может танцевать, петь, ловить мяч или делать бесчисленное множество других удивительных вещей, которые может делать ваш мозг!
Очевидно, что стоит понять, как работает этот невероятный компьютер в вашей голове, а также как он дает сбои при БХ. Так какая часть этого компьютера поражается при БХ, и как мы можем понять, что идет не так? Передовая исследовательская группа из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе применила несколько изобретательных подходов, чтобы ответить на эти вопросы.
Центральная вычислительная неисправность при БХ
Мозг не совсем похож на компьютер, сделанный из микросхем, но есть некоторые сходства. Во-первых, мозг обрабатывает информацию через входные и выходные сигналы. Эта обработка происходит с использованием специализированных клеток, называемых нейронами, которые работают немного как цепи в микросхеме. И, как компьютер, мозг организован в различные части, которые обрабатывают разные вещи.
В мозге невероятные 86 миллиардов нейронов и столько же поддерживающих клеток, что в совокупности примерно столько же клеток, сколько звезд в галактике Млечный Путь. Масштаб того, что ваш мозг может делать со всеми этими клетками мозга, поистине поразителен. «Эль-Капитан» и близко не подходит.
Одной из самых важных частей нашего удивительного компьютера является центральная область мозга, называемая стриатумом, которая далее подразделяется на хвостатое ядро и скорлупу.
Вы можете думать о стриатуме как о Центральном вокзале для многих процессов мозга — месте, к которому подключаются многие цепи. Стриатум является одной из наиболее пораженных частей мозга при БХ, поэтому симптомы БХ могут быть настолько разнообразными, включая неконтролируемые движения, проблемы с настроением и трудности с мышлением. Поэтому, чтобы понять БХ, вы должны понять стриатум.
Особый вид цепей поражается при БХ
Некоторые части мозга имеют десятки и десятки различных видов нейронов, но, к счастью, нейроны, обнаруженные в стриатуме, не так разнообразны, как в других частях мозга. Это делает стриатум немного легче для понимания.
Вы можете думать о стриатуме как о процессорном кластере в вашем компьютере, со многими цепями, которые похожи друг на друга. Эти цепи в стриатуме называются средними шипиковыми нейронами, и они представляют большинство нейронов, обнаруженных там. «Средний шипиковый нейрон» может показаться выдуманным названием, но именно так ученые их называют, из-за того, как они выглядят! Они среднего размера и очень шипиковые. Вы также могли видеть их сокращенно называемыми MSN.
Почему средние шипиковые нейроны такие шипиковые? Это потому, что каждый средний шипиковый нейрон получает сигналы от многих других нейронов в мозге, и каждый из этих входных сигналов происходит через маленький шип, который выступает из среднего шипикового нейрона. Средние шипиковые нейроны имеют много входных сигналов, поэтому у них много шипов. Это Центральный вокзал для мозга, помните?
Средние шипиковые нейроны явно очень важны, но мы не знаем точно, как они индивидуально связаны с остальной частью мозга, только то, что у них много входных сигналов. Именно средние шипиковые нейроны особенно уязвимы при БХ, что, по мнению ученых, заставляет стриатум давать сбои и вызывать симптомы БХ.
Картирование цепей в трех измерениях
Удивительно, но было проведено очень мало исследований того, как выглядят средние шипиковые нейроны, помимо того, что они шипиковые. Все ли они выглядят одинаково? Как они выглядят, когда повреждены при БХ? Известная исследовательская группа из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе под руководством доктора Икс Уильяма Янга решила составить карту того, как выглядят средние шипиковые нейроны в мозге, и что происходит с ними при БХ.
Для этого группа пометила средние шипиковые нейроны так, чтобы они светились под микроскопом, а также пометила каждый шип — называемый дендритным шипом, или просто дендритом. Они не могли провести это мечение в человеческом мозге, поэтому вместо этого они сделали это в мозге мышей, у которых также есть стриатум. После мечения средних шипиковых нейронов и их шипов (дендритов) они нарезали стриатум на пластины и сделали детальные изображения каждой пластины, чтобы увидеть, как выглядят средние шипиковые нейроны.
Это похоже на нарезку плотной желейной формы с маленькими фруктами, разбросанными внутри, чтобы вы могли легче увидеть фрукты. Это позволило исследователям увидеть, как выглядят средние шипиковые нейроны в трех измерениях внутри каждого среза. Примечательно, что это первый раз, когда кто-либо смотрел на средние шипиковые нейроны таким образом! Так что же они увидели?
Не все цепи выглядят одинаково
Стриатум на самом деле разделен на дополнительные процессорные кластеры, хотя все они имеют средние шипиковые нейроны, которые поражаются при БХ. Поэтому исследователи решили оценить, как выглядят средние шипиковые нейроны в этих различных кластерах.
Они измерили все виды переменных о средних шипиковых нейронах, например, сколько у них шипов, какой они длины и как часто шипы разветвляются на более мелкие шипы. Это немного похоже на изучение цепей в определенной части компьютера и изучение того, какой длины каждая из цепей и куда они идут.
Интересно, что средние шипиковые нейроны выглядят немного по-разному в разных частях стриатума. В некоторых частях стриатума шипы длиннее, чем в других, в других частях они короче. В некоторых частях стриатума шипов больше, а в некоторых частях они более разветвлены. Очевидно, что происходит гораздо больше с тем, как эти средние шипиковые нейроны соединены в стриатуме, чем мы знали ранее.
При БХ меньше связей цепей, чем должно быть
Средние шипиковые нейроны стриатума особенно уязвимы при БХ и начинают давать сбои и исчезать очень рано в ходе заболевания. Так что же наблюдали ученые относительно формы и внешнего вида этих различных цепей средних шипиковых нейронов при БХ?
Чтобы изучить это, они провели то же мечение, нарезку мозга и микроскопическую визуализацию, но на этот раз на мыши, моделирующей БХ с расширенным CAG-повтором. Интересно, что средние шипиковые нейроны у мышей с БХ были менее сложными и имели меньше ответвлений.
Это предполагает, что при БХ может быть меньше связей цепей, чем должно быть, между средними шипиковыми нейронами и остальной частью мозга. Другими словами, неисправность стриатума при БХ может быть связана с более низкой связностью с остальной частью мозга, как процессорное ядро, теряющее связи с остальной частью компьютера.
Понимание того, как нейроны, которые поражаются при БХ, теряют свои связи с остальной частью мозга, имеет критически важное значение для понимания того, как их восстановить или остановить их неисправность в первую очередь. С большим количеством подобных исследований мы можем разработать лучшие способы отслеживания и лечения причин БХ в будущем.
Резюме
- Ваш мозг — самый сложный компьютер в мире
- БХ заставляет определенную часть этого компьютера, стриатум, давать сбои
- Специфические цепи в стриатуме, называемые средними шипиковыми нейронами, по-видимому, теряются при БХ
- Исследование предполагает, что средние шипиковые нейроны имеют несколько различный внешний вид и связи в разных частях стриатума
- Средние шипиковые нейроны, по-видимому, менее сложны при БХ и имеют меньше связей
