Hormoner transformerar hjärnan
Hormoncykler transformerar hjärnan och ökar inlärningen
Hormonnivåerna fluktuerar som tidvattnet, ebb och flod enligt noggrant orkestrerade cykler. Dessa hormoner påverkar inte bara kroppen, utan kan även passera in i hjärnan och forma beteendet hos våra nervceller och kognitiva processer.
Nyligen använde forskare vid UC Santa Barbara moderna lasermikroskoptekniker för att observera hur fluktuationer i äggstockshormoner formar både strukturen och funktionen hos nervceller i mushippocampus, en hjärnregion som är avgörande för minnesbildning och rumslig inlärning hos däggdjur.
De fann att hormonfluktuationer under musens brunstcykel, en 4-dagarscykel analog med den 28-dagars långa menstruationscykeln, kraftfullt påverkar formen och beteendet hos hippocampusneuroner.
"Vi har länge vetat att äggstockshormoner, och särskilt östradiol - en typ av östrogen - har viktiga konsekvenser för nervcellernas struktur och funktion", säger neuroforskaren Michael Goard vid UCSB, huvudförfattare till en artikel publicerad i Neuron.
På 1990-talet undersöktes hjärnvävnad från hongnagare i olika stadier av brunstcykeln i ex vivo-experiment.
De fann att under "proöstrusstadiet" - när östradiolnivåerna når sin topp - tenderar neuroner i hippocampus att bilda fler dendritiska taggar, små utbuktningar som sträcker sig från neuronernas dendriter och fungerar som den primära platsen för kopplingar mellan neuroner.
"Hittills fanns det liten förståelse för hur brunstcykeln påverkar neuroner hos levande möss", sa Nora Wolcott, artikelns huvudförfattare.
Nu, tack vare avancerade mikroskopstekniker, kunde Goards team mäta strukturen och aktiviteten hos neuroner över flera brunstcykler och därigenom få insikt i könshormonernas roll i hjärnans plasticitet och minne.
Andra författare till artikeln inkluderar William Redman, Maria Karpinsky och Emily Jacobs.
Hippocampus, som ligger djupt inne i däggdjurshjärnan, är en hjärnregion som främst är förknippad med minne och inlärning. Patienter med hippocampusskador kan inte lära sig ny information eller bilda nya episodiska minnen.
Hippocampus är också berikad med receptorer för könshormoner, såsom östrogen och progesteron, vilket tyder på att könshormoner inte bara påverkar reproduktionen, utan även kognitiva funktioner som minne.
Forskarna tog vid där andra studier slutade och använde tvåfotonlaser-skanningsmikroskopi för att spåra bildandet och beskärningen av dessa dendritiska tagga hos möss under flera fyra dagar långa brunstcykler.
De observerade många nya taggar under proöstrus, vilka sedan beskars allt eftersom cykeln fortskred genom ägglossningen. Dessa var inte subtila förändringar - taggarnas täthet skilde sig åt med 20 - 30% över cykeln, vilket representerade tusentals synaptiska kopplingar för varje neuron.
"Hur påverkar ebb och flod funktionen av hjärncellernas taggar? Kanske påverkar detta hur neuroner integrerar signaler från andra neuroner", sa Godard.
"Man kan föreställa sig att om de plötsligt lägger till fler synaptioska kopplingar, kommer neuronerna att mycket mer input och detta kommer att påverka hur de reagerar."
För att ta reda på detta undersökte forskarna aktionspotentialen - neuronens "avfyrning" - och hur impulsen fortplantar sig genom neuronen. Vanligtvis tar dendriterna emot signalen, som sedan färdas till cellkroppen och ut till axonet.
"Men signalen färdas också bakåt genom dendriten, vilket vanligtvis är där neuronen tar emot information", sa Godard.
Denna bakåtpropagerande signal tros spela en roll i inlärning och minneskonsolidering.
De fann att under maximal östradiolnivå färdades den bakåtpropagerande signalen längre tillbaka in i dendriterna, vilket forskarna misstänker kan ha konsekvenser för plasticitet - hjärnans förmåga att bilda nya neurala kopplingar.
Så vilka är de funktionella konsekvenserna av den ökade dendritryggradstätheten och bakåtpropageringen?
Ett svar låg i "plastcellerna", eller neuroner i hippocampus som avfyras när djuret befinner sig på en viss plats i sin omgivning - de hjälper till att bygga mentala kartor och hjälper till med rumsligt lärande och navigering.
För att testa djurens förmåga att lära sig komma ihåg nya platser lät forskarna dem utforska olika miljöer samtidigt som de mätte aktiviteten hos neuroner i hippocampus.
Forskarna fann att plastceller reagerade mest tillförlitligt på bekanta platser under proöstrus - fasen med hög östradiol - och var mest varierande när östradiolet var lägst.
"Detta är första gången som dessa mikroskopiska skillnader i neural struktur och funktion har spårats över tid hos samma djur", påpekade Wolcott.
Dessa fynd hos möss har starka implikationer även för människor. Arbete från medförfattaren Emily Jacobs laboratorium fann faktiskt att endokrina rytmer under menstruationscykeln är kopplade till strukturella förändringar i den mänskliga hippocampus.
Medan hormoncykler vanligtvis förknippas med honor i däggdjur, upplever även hanar hormonfluktuationer, av vilka många verkar på liknande receptorer. Till exempel kan testosteron omvandlas till östrogen via aromatisering, där det verkar på östrogenreceptorer i hippocampus.
Detta indikerar att hormondriven plasticitet är ett utbrett fenomen och understryker vikten av att beakta endokrina faktorer i neurovetenskaplig forskning.
"Vi misstänker att det finns ett adaptivt evolutionärt syfte", sa Godard, "och anledningen till att jag misstänker att det är sant att receptorer för äggstockshormoner inte behöver finnas i hippocampus, vilket inte tros vara direkt involverat i reproduktionsfunktioner.
"Men av någon anledning uttrycks de i hippocampus - förmodligen för något inlärnings- och minnesrelaterat syfte. Vi vet inte exakt vad det är, men vi tycker det är viktigt."
Att förstå sambandet mellan hormonella cykelfluktationer och hjärnan fördjupar inte bara vår grundläggande förståelse av hjärnbiologi, det öppnar också upp nya möjligheter för medicin som är anpassad inte bara till individer, utan med avseende på hormoncykelfas.
"Upptäckten att hjärnan fysiskt förändras som svar på naturligt cyklande hormoner utmanar vår förståelse av däggdjurs kognition", sa Wolcott.
Kommentarer
Skicka en kommentar