Od upravljanja automobilom do zamaha teniskog reketa, učimo da izvodimo sve vrste veštih pokreta tokom našeg života. Možda mislite da ovo učenje sprovode samo neuroni, ali nova studija istraživača sa Instituta za učenje i pamćenje Picover na MIT-u pokazuje suštinsku ulogu drugog tipa moždanih ćelija: astrocita.
Baš kao što timovi elitnih sportista treniraju zajedno sa trenerskim osobljem, ansambli neurona u motornom korteksu mozga zavise od obližnjih astrocita koji im pomažu da nauče da kodiraju kada i kako da se kreću, kao i optimalno vreme i putanju kretanja, pokazuje studija.
Opisujući seriju eksperimenata na miševima, novi rad u časopisu The Journal of Neuroscience otkriva dva specifična načina na koje astrociti direktno utiču na učenje motora, održavajući optimalnu molekularnu ravnotežu u kojoj neuronski ansambli mogu pravilno da poboljšaju performanse pokreta.
„Ovo otkriće je deo rada naše laboratorije i drugih laboratorija koje podižu važnost astrocita na neuronsko kodiranje, a time i na ponašanje“, rekla je viši autor Mriganka Sur, Njutnov profesor neuronauke na Institutu Picover i Odeljenju za mozak MIT-a. i kognitivne nauke. „Ovo pokazuje da dok je populacijsko kodiranje ponašanja neuronska funkcija, moramo uključiti astrocite kao partnere sa njima.“
Picover Institute Postdoc Jennifer Shih i bivši postdoktori Sur Lab Chloe Delepine i Keji Li su vodeći autori rada.
„Ovo istraživanje naglašava složenost astrocita i važnost interakcija astrocita i neurona u finom podešavanju funkcije mozga pružajući konkretne dokaze o ovim mehanizmima u motornom korteksu“, rekao je Delepine.
Tim je svojim miševima dao jednostavan motorički zadatak za savladavanje. Kada su dobili znak tonom, miševi su morali da dohvate i gurnu polugu u roku od pet sekundi. Glodari su pokazali da mogu naučiti zadatak za nekoliko dana i savladati ga u roku od nekoliko nedelja. Oni ne samo što su tačnije izvršili zadatak, već su im se i reakcije ubrzale, a putanja njihovog dosezanja i guranja postala je glatkija i ujednačenija.
Kod nekih miševa, međutim, tim je koristio precizne molekularne intervencije da poremeti dve specifične funkcije astrocita u motornom korteksu. Kod nekih miševa, oni su poremetili sposobnost astrocita da upiju neurotransmiter glutamat, hemikaliju koja pobuđuje nervnu aktivnost kada je primljena na vezama zvanim sinapse.
Kod drugih miševa su hiperaktivirali kalcijumove signale astrocita, što je uticalo na njihovo funkcionisanje. Na oba načina, intervencije su poremetile normalan proces kojim bi neuroni formirali ili menjali svoje veze jedni sa drugima, proces nazvan „plastičnost” koji omogućava učenje.
Svaka intervencija je uticala na performanse miševa. Prvi (nokdaun glutamatnog transportera GLT1) nije uticao na to da li su miševi gurnuli polugu niti koliko brzo su to učinili. Umesto toga, to je poremetilo glatkoću pokreta. Miševi sa poremećenim GLT1 ostali su nestalni i klimavi, kao da nisu mogli da usavrše svoju tehniku.
Miševi podvrgnuti drugoj intervenciji (aktivacija Gk signalizacije) pokazali su nedostatke ne samo u glatkoći putanje kretanja, već iu razumevanju kada treba pritisnuti polugu i njihovoj brzini pri tome.
Tim je dublje istražio kako su se pojavili ovi deficiti. Koristeći dvofotonski mikroskop, pratili su neuronsku aktivnost u motornom korteksu kod neizmenjenih miševa i miševa tretiranih svakom intervencijom. U poređenju sa onim što su videli kod normalnih miševa, miševi sa poremećenim GLT1 pokazali su manje korelisanu aktivnost među neuronima. Miševi sa Gk aktivacijom pokazali su prekomernu korelaciju aktivnosti u poređenju sa normalnim miševima.
„Podaci sugerišu da je potreban optimalan nivo neuronske korelacije za pojavu funkcionalnih neuronskih ansambala koji pokreću performanse zadataka“, napisali su autori. „Smislene korelacije koje nose informacije su ono što pokreće motoričko učenje, a ne apsolutna veličina potencijalno nespecifičnih korelacija.“
Tim je kopao još dublje. Pažljivo su izolovali astrocite iz motornog korteksa miševa, uključujući neke koji nisu bili obučeni za motorni zadatak, kao i one koji su bili obučeni, uključujući miševe koji su bili nepromenjeni i miševe koji su bili podvrgnuti svakoj intervenciji. U svim ovim uzorcima prečišćenih astrocita, oni su zatim sekvencirali RNK da bi procenili kako se razlikuju u ekspresiji gena.
Otkrili su da kod obučenih u odnosu na neobučenih miševa, astrociti pokazuju veću ekspresiju gena povezanih sa GLT1. Kod miševa gde su intervenisali videli su spušten izraz lica. Ti dokazi dalje sugerišu da je proces transportera glutamata zaista fundamentalan za obuku u motoričkim zadacima.
„Ovde pokazujemo da astrociti imaju važnu ulogu u omogućavanju neuronima da pravilno kodiraju informacije, na primer, učenje i izvođenje pokreta“, rekao je Sur.
