Hier ist ein wichtiger Grund, mit Freunden und Familie in Kontakt zu bleiben: Soziale Isolation führt zu Gedächtnis- und Lerndefiziten und anderen Verhaltensänderungen. Viele Gehirnstudien haben sich auf die Auswirkungen sozialer Benachteiligung auf Neuronen konzentriert, aber über die Folgen für die am häufigsten vorkommende Gehirnzelle, den Astrozyten, ist wenig bekannt.
Forscher des Baylor College of Medicine, die mit Tiermodellen arbeiten, berichten in der Zeitschrift Neuron dass Astrozyten während der sozialen Isolation hyperaktiv werden, was wiederum die Funktion der Gehirnschaltkreise und die Gedächtnisbildung unterdrückt. Wichtig ist, dass die Hemmung der Astrozyten-Hyperaktivität die mit sozialer Benachteiligung verbundenen kognitiven Defizite umkehrte.
„Eine Sache, die wir während der COVID-Pandemie gelernt haben, ist, dass soziale Isolation die kognitiven Funktionen beeinflussen kann, wie frühere Studien nahelegten“, sagte Co-Erstautor Yi-Ting Cheng, Doktorand im Labor von Dr. Benjamin Deneen in Baylor. „Dies motivierte Co-Erstautor Dr. Junsung Woo und mich, die Auswirkungen sozialer Isolation im Gehirn, insbesondere in Astrozyten, weiter zu untersuchen.“
Astrozyten spielen verschiedene Rollen im Gehirn, wie z. B. die Unterstützung der Funktionen von Neuronen, die Teilnahme an der Bildung und Funktion von Synapsen, die Freisetzung von Neurotransmittern und die Bildung der Blut-Hirn-Schranke.
„Unter normalen Gruppenhaltungsbedingungen erleichtern und fördern Astrozyten die Schaltungsfunktion und das Gedächtnis“, sagte Deneen, Professor und Dr. Russell J. und Marian K. Blattner, Lehrstuhl für Neurochirurgie und Direktor des Center for Cancer Neuroscience in Baylor. Er ist auch der korrespondierende Autor der Arbeit. „Wir fanden jedoch heraus, dass Astrozyten in der Gehirnregion, die als Hippocampus bekannt ist, während sozialer Deprivation tatsächlich die Schaltkreisfunktion und die Gedächtnisbildung unterdrücken. Die allgemeine Schlussfolgerung ist, dass die Astrozytenfunktion auf soziale Erfahrungen abgestimmt ist.“
Auf der Suche nach einem tieferen Verständnis des Mechanismus, durch den Astrozyten von sozial isolierten Mäusen Lern- und Gedächtnisdefizite verursachen, untersuchten die Forscher Kalziumionen (Ca2+), von denen frühere Studien gezeigt hatten, dass sie eine zentrale Rolle beim Astrozyten-vermittelten Lern- und Gedächtnisverhalten spielen.
„Wir haben die Wirkung sozialer Deprivation auf die Ca2+-Aktivität der Astrozyten untersucht und festgestellt, dass soziale Isolation diese stark erhöht hat, insbesondere die Aktivität des Ca2+-Kanals TRPA1. Darauf folgte die Freisetzung des hemmenden Neurotransmitters GABA, der die beteiligten neuronalen Schaltkreise unterbrach im Gedächtnis und beim Lernen“, sagte Cheng. „Wichtig ist, dass sowohl die pharmakologische als auch die genetische Hemmung von TRPA1 die mit sozialer Benachteiligung verbundenen physiologischen und kognitiven Defizite umkehrte.“
„Obwohl soziale Isolation auch andere Gehirnzellen betrifft, freuen wir uns sehr über die Entdeckung, dass die gezielte Manipulation von Astrozyten ausreicht, um Lern- und Gedächtnisdefizite, die durch soziale Isolation in Tiermodellen ausgelöst wurden, wiederherzustellen“, sagte Deneen.
„Unsere Ergebnisse zeigen eine neue Rolle für Astrozyten in der Gehirnphysiologie“, sagte Cheng. „Was Astrozyten tun, wird von Veränderungen in der Umgebung beeinflusst und spiegelt sich im Verhalten des Tieres wider. In diesem Fall haben wir gelernt, dass soziale Interaktion gut für Astrozyten und damit für das Gehirn ist.“
Estefania Luna-Figueroa, Ehson Maleki und Akdes Serin Harmanci, alle am Baylor College of Medicine, trugen ebenfalls zu dieser Arbeit bei.
Diese Arbeit wurde durch Stipendien der US National Institutes of Health (NIH) (NS071153, AG071687, NS096096, CA125123 und RR024574), der David and Eula Wintermann Foundation und der NIH Shared Instrument Grants S10OD023469, S10OD025240 und P30EY002520 unterstützt. Weitere Unterstützung wurde durch den CPRIT Core Facility Support Award RP180672 und das Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health & Human Development des NIH unter der Award-Nummer P50HD103555 gewährt.