Badanie uszkodzeń neuronalnych w zaburzeniach psychotycznych za pomocą elektroencefalografii i sferoidów korowych

Zaglądając w korzenie poważnych chorób psychicznych

Schizofrenia i choroba afektywna dwubiegunowa mogą znacząco zaburzać myśli, emocje i codzienne życie ludzi, jednak biologiczne usterki leżące u podstaw tych chorób wciąż są odkrywane. To badanie łączy dwa silne narzędzia — rejestracje fal mózgowych u żywych dorosłych oraz maleńkie hodowane w laboratorium „mini-mózgi” stworzone z ich własnych komórek — aby zbadać, co nie działa na poziomie połączeń między komórkami mózgu i jak te problemy mogą zaczynać się bardzo wcześnie w życiu.

Jak fale mózgowe ujawniają kruche połączenia

Naukowcy najpierw rejestrowali aktywność elektryczną z powierzchni czaszki za pomocą elektroencefalografii (EEG) u dziesięciu osób z rozpoznaniem schizofrenii lub choroby afektywnej dwubiegunowej oraz pięciu zdrowych ochotników. Skoncentrowali się na odpowiedzi zwanej plastycznością podobną do długotrwałego wzmocnienia (LTP-like), która odzwierciedla zdolność mózgu do wzmacniania reakcji przy powtarzającym się bodźcu wzrokowym — podstawowy składnik uczenia się i pamięci. W grupie pacjentów ta plastyczność wygasała szybciej w czasie niż w grupie zdrowej, co sugeruje, że ich obwody mózgowe gorzej potrafią „dostroić” swoje reakcje. Inny sygnał EEG, mismatch negativity — odzwierciedlający automatyczne wykrywanie niewielkich zmian w dźwięku — nie różnił się między tymi małymi grupami w tym badaniu, choć większe analizy często wykazują jego obniżenie w takich zaburzeniach. Razem te rejestracje sugerują, że przynajmniej niektóre formy adaptacji synaptycznej są osłabione u osób z chorobami psychotycznymi.

Hodowanie mini-mózgów ze skóry

Aby zajrzeć głębiej, zespół sięgnął po ludzkie sferoidy korowe, często nazywane mini-mózgami. Przeprogramowali komórki skóry każdego uczestnika na komórki macierzyste, a następnie pobudzili je do rozwoju w trójwymiarowe skupiska tkanki mózgowej przypominające płodową korę mózgową. Sferoidy te zawierały głównie neurony pobudzające, które komunikują się za pomocą chemicznego przekaźnika glutaminianu. Przy użyciu drobnych szklanych elektrod naukowcy zmierzyli, jak łatwo te komórki wyzwalają sygnały elektryczne i przekazują prąd sąsiadom. Neurony pochodzące od osób z chorobą afektywną dwubiegunową potrzebowały silniejszego impulsu, aby się wyzwolić, co wskazywało na ich niższą pobudliwość. W sferoidach pochodzących od osób z schizofrenią siła spontanicznych sygnałów przychodzących była mniejsza, sugerując wczesne zmiany w sposobie komunikacji komórek nerwowych w obrębie sieci.

Osłabiony transport glutaminianu i zmęczone elektrownie

Zespół następnie barwił mini-mózgi w kierunku kluczowych białek. Jedno z nich, VGLUT1, pakuje glutaminian do małych pęcherzyków uwalnianych w synapsach. Zarówno sferoidy pochodzące od osób z schizofrenią, jak i z chorobą afektywną dwubiegunową wykazały mniej komórek bogatych w VGLUT1 w porównaniu z kontrolami, co wskazuje na wspólny deficyt w mechanizmie ładującym glutaminian do uwolnienia. Ponieważ przesyłanie sygnałów wymaga dużo energii, badacze zbadali także maleńkie elektrownie komórkowe — mitochondria — mierząc zużycie tlenu i produkcję kwasów w plasterkach sferoidów. Mini-mózgi od pacjentów z chorobą afektywną dwubiegunową, szczególnie od tych słabo reagujących na lit, miały niższe podstawowe zużycie tlenu, co jest oznaką obniżonej aktywności mitochondrialnej, podczas gdy te od osób z schizofrenią wykazywały stosunkowo normalne miary energetyczne w tej niewielkiej próbie.

Łączenie sygnałów mózgowych z energią komórek

Na koniec naukowcy zapytali, czy różnice w falach mózgowych korelują z różnicami w mini-mózgach wyhodowanych od tych samych osób. Wśród uczestników ci, których EEG pokazywało silniejszą plastyczność podobną do LTP, mieli tendencję do posiadania sferoidów z wyższym podstawowym oddychaniem mitochondrialnym, co oznacza bardziej aktywną produkcję energii. Była też wskazówka, że wyższy poziom VGLUT1 korelował z lepszą plastycznością. Choć te trendy nie osiągnęły surowych progów statystycznych po uwzględnieniu wielokrotnych porównań, wspierają ideę, że zdrowe wzmacnianie synaptyczne zależy od sprawnej funkcji mitochondriów i prawidłowego traktowania glutaminianu, i że te relacje mogą być już zmienione wcześnie w rozwoju u osób, które później rozwijają psychozę.

Co to znaczy dla zrozumienia psychozy

Dla osób nietechnicznych przesłanie tej pracy jest takie, że poważne choroby psychiczne, takie jak schizofrenia i choroba afektywna dwubiegunowa, mogą dzielić wspólne, pojawiające się wcześnie wady w sposobie, w jaki komórki mózgu przekazują sygnały i zasilają swoją aktywność. Mini-mózgi sugerują, że na długo przed pojawieniem się objawów niektóre neurony mogą uwalniać mniej glutaminianu i korzystać z mniej wydajnych źródeł energii, podczas gdy zapisy EEG pokazują, że zdolność dorosłego mózgu do precyzyjnego dostrajania reakcji jest osłabiona. Chociaż badanie jest niewielkie, a hodowana tkanka nadal bardziej przypomina mózg w rozwoju niż dojrzały narząd, łączenie rejestracji fal mózgowych z personalizowanymi mini-mózgami oferuje obiecujące okno w korzenie psychozy i może w przyszłości ukierunkować bardziej celowane terapie mające na celu przywrócenie funkcji synaptycznej i energii komórkowej.

Cytowanie: Reis de Assis, D., Pentz, A.B., Requena Osete, J. et al. Investigating neural impairments in psychotic disorders using electroencephalography and cortical spheroids. Transl Psychiatry 16, 114 (2026). https://doi.org/10.1038/s41398-026-03863-4

Słowa kluczowe: schizofrenia, choroba afektywna dwubiegunowa, organoidy mózgowe, plastyczność synaptyczna, mitochondria