Publicerad: 2021-03-08 17:05 | Uppdaterad: 2021-03-08 17:54

Tre frågor till Nicolas Gustavo Guyon, medförfattare till en artikel om hur man bättre kan tolka signaler mellan nervceller

Forskare som använder sig av optogenitik.
Från vänster till höger: Nicolas Gustavo Guyon, Marie Carlén, Yang Xuan. Foto: Gustav Mårtensson

Nicolas Gustavo Guyon, doktorand vid Institutionen för neurovetenskap, Karolinska Institutet, är medförfattare till en artikel som nyligen publicerats i Journal of Neuroscience som visar hur dysfunktionell hämning försämrar neuronaktivitetsförmågan att synkronisera, men ändå paradoxalt ökar hjärnvågor vanligtvis korrelerade med kognition.

Vad handlar studien om?

– Ett av de sätt som neuroner kommunicerar med varandra är genom att utsöndra kemikalier som kallas neurotransmittorer. När ett mottagande neuron tar emot den excitatoriska neurotransmittorn glutamat via receptorer placerade på cellmembranet, avfyras neuronen och framkallar en elektrisk signal som kallas aktionspotential. Om den mottagande neuronen, å andra sidan, tar emot den hämmande neurotransmittorn GABA, är det mindre troligt att en aktionspotential  avfyras, och neuronen förblir tyst. Dessa cykler i excitation och inhibering skapar spänningsvariationer utanför nervcellerna som vi kallar hjärnvågor.

– Hjärnvågor ser inte ut att vara särskilt informativa vid första anblicken men när de är upplösta i frekvenskomponenter, mätt i cykler per sekund (hertz, Hz), kan vi upptäcka att specifika frekvenser kommer att ha högre eller lägre vågamplitud beroende på beteendet eller tillståndet hos personen/djuret. Detta beror vanligtvis på hur neuronerna aktiveras eller hämmas och tidpunkten för den cykeln - ju snabbare de aktiveras/hämmas desto högre frekvens - men också om aktionspotentialerna avfyras synkroniserat eller mer slumpmässigt.

– Oscillationer är således rytmiska och återspeglar synkroniseringen av nervcellernas elektriska signaler. Detta kan jämföras med bullret från en folkmassa som klappar på en konsert i slutet av en sång. Det börjar med att vara okoordinerat men när klappen synkroniseras - eftersom folkmassan klappar samtidigt / med samma frekvens - blir ljudet högre vid varje klapp i den specifika frekvensen.

Illustration av Spektrogram (0-150 Hz) av hjärnvågor tagna från den prefrontala kortex hos en mus med defekt på NMDAR-aktivitet i PV-nervceller
Spektrogram (0-150 Hz) av hjärnvågor tagna från den prefrontala kortex hos en mus med defekt på NMDAR-aktivitet i PV-nervceller, vilket visar ökad effekt i högre frekvenser (> 30 Hz) under både den hyperpolariserade och depolariserade fasen av långsammare svängning. Det överlagrade cyanspåret visar motsvarande råa hjärnoscillationsspår. Foto: Nicolas Gustavo Guyon

Vilka är de viktigaste resultaten?

– Vi har observerat att ökningen av vågamplitud för specifika frekvenser i själva verket är associerat med avsynkronisering av nätverksaktivitet, vilket bekräftar att dysfunktion av den neuronala hämningen kan orsaka de-synkronisering i olika tidsskalor (påverkar hur och när neuroner aktiveras, samt hur olika hjärnvågor och hjärnaktivitets tillstånd synkroniseras). Det är som om dessa specifika nervceller inte längre kunde höra att andra celler runt dem klappade i takt, dvs efter att låten var klar, vilket gjorde det svårt för dem att följa rytmen för den kollektiva synkroniseringen. Detta ledde till att cellerna i vår "konsertsal" klappade slumpmässigt och brusade också under låten.

Hur hoppas du att detta ska kunna bidra till att förbättra människors hälsa?

– Hjärnvågorna som vi specifikt studerade, så kallade gammavågor (30-80 Hz), är starkt korrelerade till uppmärksamhet, arbetsminne, visuell bearbetning, etc., och har visat sig vara avvikande vid neuropsykiatriska störningar som schizofreni. Detta kan vara viktigt, eftersom förändringar i gammavågor har rapporterats i stor utsträckning i både djurmodeller och i humana studier, men samtidigt har vår begränsade förståelse av gammavågor begränsat översättningen av dessa resultat till kliniska miljöer.

– En bättre förståelse för hur man tolkar neuronala gammavågor skulle vara en användbar guide för att utveckla metoder där vi kan använda gamma-oscilleringar som biomarkörer, för att spåra förändringar orsakade av olika sjukdomar men också förändringar som framkallas av läkemedel.

Studien har genomförts vid Karolinska Institutet i samarbete med Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Universidade Federal do ABC, Santo André och Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasilien. Arbetet stöds av capes-stint-programmet Joint Brazilian-Swedish Research Collaboration grant, samt stipendier från Europeiska forskningsrådet (ERC), Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Vetenskapsrådet, FAPESP, CAPES och Karolinska Institutet.

Publikation

Network asynchrony underlying increased broadband gamma power.
Nicolas Guyon, Leonardo Rakauskas Zacharias, Eliezyer Fermino de Oliveira, Hoseok Kim, João Pereira Leite, Cleiton Lopes-Aguiar and Marie Carlén.
Journal of Neuroscience, 16 February 2021, JN-RM-2250-20; DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2250-20.2021

Kontakt

Nicolas Gustavo Guyon Doktorand