Izolacja społeczna w okresie dzieciństwa niekorzystnie wpływa na funkcjonowanie mózgu w dorosłości oraz utrudnia nawiązywanie kontaktów społecznych. Zostało to udowodnione w doświadczeniach na wielu gatunkach ssaków. Potwierdzają to również badania przeprowadzone na ludziach. Naukowcy łączą te obserwacje ze zmienioną aktywacją niektórych obszarów mózgu. Wyniki prac naukowych wskazują, że przyśrodkowa kora przedczołowa (mPFC, ang. medial prefrontal cortex) jest kluczowym elementem pętli neuronalnych regulujących zachowania społeczne. Zespół badaczy z Icahn School of Medicine at Mount Sinai postanowił zidentyfikować poszczególne subpopulacje neuronów w mPFC, które mogą być szczególnie narażone na negatywne skutki izolacji społecznej podczas dorastania.
„Postanowiliśmy sprawdzić, które obwody neuronalne mające swój początek w mPFC są niezbędne do rozwinięcia prawidłowych reakcji społecznych kształtowanych w okresie dorastania” – tłumaczą autorzy pracy.
Wszystkie doświadczenia zostały przeprowadzone na samcach myszy. Po odstawieniu od piersi matki młode samce poddawane były dwutygodniowej izolacji społecznej, a po upływie 14 dni dołączały do grupy osobników tej samej płci. Gdy badane myszy osiągały wiek 10-15 tygodni, poddawane były testom behawioralnym. W ramach testu myszy umieszczano w klatce z nowym osobnikiem lub nieznanym przedmiotem. Następnie mierzono czas interakcji oraz oceniano aktywność motoryczną zwierząt. Wykonany został również test funkcjonujący w literaturze anglojęzycznej pod nazwą „three-chamber test”. Jest to standardowy test behawioralny służący do oceny aktywności społecznej gryzoni. W tym doświadczeniu samce mogły wybrać, czy chcą przebywać z innym osobnikiem tej samej płci czy z nowym, nieznanym przedmiotem. Podczas testów behawioralnych wykorzystywano dodatkowo technikę obrazowania wapnia (ang. calcium imaging), która służy do monitorowania elektrycznej aktywności neuronów. Wykonano również mapowanie aktywności białka c-Fos, które uznawane jest za marker aktywacji neuronalnej. Wybarwiano to białko, aby sprawdzić, które subpopulacje neuronów uczestniczą w przetwarzaniu zachowań społecznych. Dodatkowo zastosowano metody optogenetyczne oraz chemogenetyczne, aby móc modulować aktywność konkretnych neuronów.
Pierwsza część eksperymentów obejmowała zwierzęta z grupy kontrolnej, których nie izolowano od innych osobników – były one hodowane grupowo (GH, ang. group-housed). Gdy przenoszono je do osobnej klatki z nowym, nieznanym samcem, obserwowano zmiany pobudzenia neuronów. Tylna część jądra okołokomorowego wzgórza (pPVT) oraz neurony głębokiej warstwy mPFC wysyłające projekcje do pPVT uległy aktywacji. W kolejnym etapie doświadczeń samcom GH zablokowano chemicznie aktywność neuronów mPFC projektujących do pPVT. Zabieg ten sprawił, że wykazywały mniej chęci do kontaktowania się z nieznajomym osobnikiem podczas “three-chamber test”. Z kolei aktywacja optogenetyczna pętli neuronalnych pomiędzy mPFC a pPVT zwiększała częstotliwość podejmowanych interakcji społecznych. Kolejna część doświadczeń dotyczyła samców izolowanych społecznie tuż po urodzeniu. Połączenia pomiędzy korą przedczołową a wzgórzem były u nich znacznie słabiej pobudzone. Co więcej, połączenia te otrzymywały więcej sygnałów hamujących z innych struktur mózgu. Okazało się również, że aktywacja neuronów wysyłających projekcje do pPVT była wystarczająca do odwrócenia deficytów społecznych u samców izolowanych podczas dorastania.
Wyniki pracy naukowców z Nowego Jorku rzucają nowe światło na nieopisaną dotąd rolę neuronów mPFC wysyłających projekcje do tylnej części wzgórza. Deficyty w interakcjach społecznych są częstym objawem wielu zaburzeń psychicznych czy neurorozwojowych. Przyszłe terapie mające na celu leczenie schizofrenii czy autyzmu mogą zatem uwzględnić działanie neuronów kory przedczołowej.
