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围产期缺氧与长期小脑学习缺陷和浦肯野细胞失火有关

与早产相关的缺氧叶片以新生儿大脑中的细胞和生理水平改变小脑白质的形式显示出新生儿的大脑迹象。现在,这种慢性缺氧的实验模型显示,这些细胞改变具有行为后果。

根据儿童国家卫生系统研究人员于2018年8月13日在线发表的一篇由Nature Communications发表的研究,慢性亚致死缺氧与临床相关的新生儿脑损伤模型中的运动不协调和长期小脑学习缺陷有关。研究小组利用高科技光学和生理学方法,允许研究人员开启和关闭神经元以及先进的行为工具,发现Purkinje细胞因围产期缺氧而在受伤后发生的火灾发生率明显降低。然而,现在用于治疗癫痫的现成药物使得那些专门的脑细胞能够重新获得发射能力,从而改善运动表现。

走出车子走到人行道上,跳到路边,向门口走,然后爬上一段楼梯。或者,打一场网球。小脑协调这种运动表现和肌肉记忆,指导所有年龄段的人适应不断变化的环境。

“我们大多数人都成功地协调我们的动作,以便在我们每天遇到的三维空间中进行导航,”儿童首席研究官兼该研究的资深作者Vittorio Gallo博士说。“孩子们开始行走后,他们还必须学习如何驾驭环境及周围的空间。”

Gallo说,这些基本任务由浦肯野细胞协调,小脑中的大神经元是精心分支的,像互锁树枝一样,是整个小脑​​皮质的唯一输出来源。在怀孕期间胎儿小脑的发育速度急剧增加,这通常与早产相吻合,早产可以延迟或破坏正常的大脑发育。

“它几乎就像一个短路。浦肯野细胞起着非常关键的作用,当它们的射击频率因受伤而减少时,这个大脑区域的整个输出都会受损,”加洛说。“对于一个患有这种神经发育障碍的孩子的家庭,如果我们了解这种被破坏的电路的性质并且可以更好地量化它,就运动表现而言,那么我们就可以开发出新的治疗方法。”

研究小组利用了一台全自动化的计算机化设备,看起来像一个放在平坦表面上的梯子,用玻璃包裹,两端都有一个黑暗的盒子。缺氧组和对照组都进行了训练,在此期间他们学会了如何穿过水平梯子,通过轻柔的空气和轻微的提示哄骗出黑暗的房间。挑战课程测试了他们的适应性小脑运动学习技能。他们跨过的垫子是压力敏感的,并分析了各个步进模式,以预测每个人完成整个过程需要多长时间。

在挑战赛期间,课程中出现了障碍,并以可听见的语气宣布。联合负责人Aaron Sathyanesan表示,如果学习是正常的,那么对音调的反应与对障碍的对应就是快速调整动作,而不会打破步伐。暴露于围产期缺氧的实验模型显示出将该音调与障碍物相关联的显着缺陷。

“在对照组中,我们在任何特定试验中都看到了更少的失误,”Sathyanesan说。“而且,当他们感到非常舒服时,他们需要更长的步骤。对于缺氧组,他们花了更长的时间来学习该课程。他们从第一天起就产生了更多的失误。到训练期结束时,他们可以沿着所有默认梯级走,但是花了更长的时间来学习如何这样做。“

浦肯野细胞发射两种不同的尖刺。简单的尖峰是一种持续的活动形式,有节奏,自动如心跳。相比之下,复杂的尖峰发生频率较低。Sathyanesan和共同作者说,他们观察到的一些缺陷是由于简单尖峰频率的减少。

在经历缺氧两周后,缺氧组的运动表现仍然明显差于对照组,并且在缺氧后五周仍然可以看到学习延迟。

Sathyanesan说,γ-氨基丁酸(GABA)是一种神经递质,在出生前和出生后不久就会激活未成熟的神经元,但很快就会在小脑内产生抑制作用。该研究小组假设在早期发育过程中兴奋性GABA水平降低会导致长期运动问题。使用现成的药物在缺氧后立即增加GABA水平可显着改善运动表现。

“缺氧损伤后用tiagabine治疗实验模型可提高GABA水平,部分恢复浦肯野细胞的射击能力,”Gallo说。“我们现在知道在这个特定的时间窗口恢复GABA水平有一个有益的效果。但是,我们的方法不是专门针对Purkinje细胞。我们在大脑中的任何地方都提高了GABA。对Purkinje细胞进行更有针对性和选择性的给药,我们想要衡量tiagabine是否对正常化射击频率有更强大的影响。“

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