Istraživači iz Bona i Japana su razjasnili kako susedne sinapse koordiniraju svoj odgovor na signale plastičnosti: Nervne ćelije u mozgu primaju hiljade sinaptičkih signala preko svoje „antene“, takozvane dendritske grane. Trajne promene u sinaptičkoj snazi koreliraju sa promenama u veličini dendritskih bodlji. Međutim, ranije je bilo nejasno kako neuroni sprovode ove promene u snazi u nekoliko sinapsi koje su blizu jedna drugoj i aktivne u isto vreme.
Istraživači – sa Univerzitetske bolnice u Bonu (UKB), Univerziteta u Bonu, Okinavskog instituta za nauku i tehnologiju (OIST) i RIKEN Centra za nauku o mozgu (CBS) – pretpostavljaju da je konkurencija između kičma za molekularne resurse i prostorna udaljenost između istovremeno stimulisanih bodlji utiče na njihovu rezultujuću dinamiku. Rezultati studije su sada objavljeni u časopisu Nature Communications.
Neuroni su računarske jedinice mozga. Oni primaju hiljade sinaptičkih signala preko svojih dendrita, pri čemu pojedinačne sinapse prolaze kroz plastičnost zavisnu od aktivnosti. Ova sinaptička plastičnost je mehanizam koji leži u osnovi našeg pamćenja i razmišljanja i odražava dugotrajne promene sinaptičke snage.
Kada uče nova sećanja, posebno aktivne sinapse jačaju svoje veze u procesu poznatom kao „dugotrajno potenciranje“ (LTP). Međutim, nejasno je kako neuroni dodeljuju resurse za prevođenje promena sinaptičke snage kroz prostor i vreme među susednim sinapsama. Do sada se pretpostavljalo da svaka sinapsa nezavisno od ostalih odlučuje kako se menja
Studija sugeriše novu perspektivu o tome kako susedne sinapse koordiniraju svoj odgovor na signale plastičnosti. Istraživači iz Bona i Japana otkrili su da deljenje proteina i kalcijuma čini sinaptičku plastičnost kolektivnom akcijom u kojoj ponašanje jedne sinapse utiče na to kako druge mogu da reaguju.
„Kada nekoliko sinapsi želi da potencira istovremeno i kada su blizu jedna drugoj, one se takmiče jedna sa drugom tako da svaka sinapsa potencira manje nego da je sama. S druge strane, istovremeno potenciranje nekoliko sinapsi može olakšati plastičnost drugih sinapsi kroz prelivanje aktiviranih resursa“, kaže prof. Tatjana Chumachenko, sa Instituta za eksperimentalnu epileptologiju i istraživanje saznanja pri UKB-u i član Transdisciplinarnog istraživačkog područja (TRA) „Modeliranje“ na Univerzitetu u Bonu. Vodila je studiju zajedno sa prof. Iukiko Godom sa OIST-a u Japanu.
Istraživači iz Bona i Japana koristili su oslobađanje glutamata, važnog ekscitatornog neurotransmitera u mozgu, u kombinaciji sa kompjuterski potpomognutim modelima da bi istražili molekularne procese plastičnosti nekoliko bodlji. Kičme, izbočine nervnih ćelija u obliku pečuraka, nalaze se u mozgu i mogu ojačati sinaptičke veze.
„Oslobađanje glutamata omogućava preciznu manipulaciju odabranim sinapsama, što nam je omogućilo da tačno posmatramo koliko sinapsi potencira i u kojoj meri“, objašnjava dr Tomas Četer, koji je sproveo istraživanje u RIKEN Centru za nauku o mozgu u Japanu.
„Ovi podaci su nam omogućili da dizajniramo model i prilagodimo njegove parametre skupu od tri stimulisana spinozna procesa, tj. bodlji, da bismo potom predvideli kako će se ponašati sedam ili petnaest spinoznih procesa“, objašnjava dr Maksimilijan Egl, koji je donedavno bio postdoc. na Univerzitetu u Bonu i sproveo istraživanje u UKB. Chater i Eggl su obojica koautori ove studije i blisko su sarađivali.
Rukovodioci studije prof. Čumačenko i prof. Goda bili su posebno iznenađeni razmerom konkurencije između susednih spinoznih procesa, koja je bila najjača u prva dva do tri minuta nakon aktiviranja plastičnosti i uticala je na pravac i obim plastičnosti.
„Naši rezultati pokazuju da prostorni raspored simultano stimulisanih sinapsi značajno utiče na dinamiku rasta ili skupljanja kičme, što sugeriše da više sećanja pohranjenih na istom dendritu mogu uticati jedno na drugo“, objašnjava prof. Goda.
Glavni istraživači su uvereni da će razumevanje kako neuroni upravljaju sinaptičkim resursima doprineti boljem razumevanju kognitivnih procesa u zdravom mozgu, a samim tim i razvoju novih strategija za borbu protiv Alchajmerove bolesti, poremećaja iz autističnog spektra i drugih kognitivnih oštećenja.
