Ερευνητές στο νοσοκομείο CHU Sainte-Justine και στο Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στην κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν τη μάθηση και το σχηματισμό μνήμης.
Τα αποτελέσματα της μελέτης τους παρουσιάζονται σήμερα στο Nature Communications.
Με επικεφαλής τον καθηγητή Roberto Araya, η ομάδα μελέτησε τη λειτουργία και τον μορφολογικό μετασχηματισμό των δενδριτικών σπονδυλικών στηλών, μικροσκοπικές προεξοχές που βρίσκονται στα κλαδιά των νευρώνων, κατά τη διάρκεια της συναπτικής πλαστικότητας, που πιστεύεται ότι είναι ο υποκείμενος μηχανισμός μάθησης και μνήμης.
«Είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι γιατί αυτή είναι η πρώτη φορά που οι κανόνες της συναπτικής πλαστικότητας, μιας διαδικασίας που σχετίζεται άμεσα με το σχηματισμό μνήμης στον εγκέφαλο, ανακαλύφθηκαν με τρόπο που μας επιτρέπει να κατανοήσουμε καλύτερα την πλαστικότητα και, τελικά, πώς σχηματίζονται αναμνήσεις όταν οι νευρώνες του εγκεφαλικού νεογλοτύπου λαμβάνουν μεμονωμένα ή / και πολλαπλά ρεύματα αισθητηριακών πληροφοριών “, δήλωσε ο καθηγητής Araya.
Ένα νευρωνικό “δέντρο”
Ο εγκέφαλος αποτελείται από δισεκατομμύρια διεγερμένων νευρικών κυττάρων που είναι γνωστότερα ως νευρώνες. Ειδικεύονται στην επικοινωνία και την επεξεργασία πληροφοριών.
«Φανταστείτε ένα δέντρο», είπε η Αράγια. “Οι ρίζες αντιπροσωπεύονται από τον άξονα, τον κεντρικό κορμό από το κυτταρικό σώμα, τους περιφερειακούς κλάδους από τους δενδρίτες και τέλος, τα φύλλα από τις δενδριτικές σπονδυλικές στήλες. Αυτές οι χιλιάδες μικρά φύλλα λειτουργούν ως πύλη λαμβάνοντας διεγερτικές πληροφορίες από άλλα κύτταρα. Θα αποφασίσουν εάν αυτές οι πληροφορίες είναι αρκετά σημαντικές για να ενισχυθούν και να κυκλοφορήσουν σε άλλους νευρώνες.
“Αυτή είναι μια βασική ιδέα”, πρόσθεσε, “στην επεξεργασία, ολοκλήρωση και αποθήκευση πληροφοριών και συνεπώς στη μνήμη και τη μάθηση.”
Οι νευρώνες ενισχύουν τον “όγκο”
Οι δενδρικές σπονδυλικές στήλες χρησιμεύουν ως ζώνη επαφής μεταξύ των νευρώνων λαμβάνοντας εισόδους (πληροφορίες) ποικίλης ισχύος. Εάν μια είσοδος είναι επίμονη, ενεργοποιείται ένας μηχανισμός με τον οποίο οι νευρώνες ενισχύουν τον “όγκο” έτσι ώστε να μπορεί να “ακούσει” το συγκεκριμένο κομμάτι πληροφοριών.
Διαφορετικά, οι πληροφορίες χαμηλού “όγκου” θα απορριφθούν περαιτέρω έτσι ώστε να είναι απαρατήρητες. Αυτό το φαινόμενο αντιστοιχεί στη συναπτική πλαστικότητα, η οποία περιλαμβάνει την ενίσχυση ή την κατάθλιψη της συναπτικής ισχύος εισόδου.
«Αυτός είναι ο θεμελιώδης νόμος της πλαστικότητας που εξαρτάται από το χρόνο ή της πλαστικότητας που εξαρτάται από το χρονικό διάστημα (STDP), η οποία προσαρμόζει τη δύναμη των συνδέσεων μεταξύ νευρώνων στον εγκέφαλο και πιστεύεται ότι συμβάλλει στη μάθηση και τη μνήμη», δήλωσε η Sabrina Tazerart, συν. -Δικαιούχος της μελέτης.
Ενώ η επιστημονική βιβλιογραφία δείχνει αυτό το φαινόμενο και πώς συνδέονται οι νευρώνες, η ακριβής δομική οργάνωση των δενδριτικών σπονδυλικών στηλών και οι κανόνες που ελέγχουν την επαγωγή της συναπτικής πλαστικότητας παρέμειναν άγνωστοι.
“Νόμοι συνδέσεων”
Η ομάδα της Araya πέτυχε να ρίξει φως στους μηχανισμούς που διέπουν το STDP.
“Μέχρι τώρα, κανείς δεν ήξερε πώς οι συναπτικές είσοδοι (εισερχόμενες πληροφορίες) ήταν διατεταγμένες στο« νευρικό δέντρο »και τι ακριβώς προκαλεί μια δενδριτική σπονδυλική στήλη να αυξήσει ή να μειώσει τη δύναμη ή την ένταση των πληροφοριών που μεταδίδει», δήλωσε ο καθηγητής. “Στόχος μας ήταν να εξαγάγουμε” νόμους της συναπτικής συνδεσιμότητας “που είναι υπεύθυνοι για την οικοδόμηση αναμνήσεων στον εγκέφαλο.”
Για τη μελέτη τους, η ομάδα του χρησιμοποίησε προκλινικά μοντέλα σε νεανικό στάδιο, μια κρίσιμη περίοδο για μάθηση και μνήμη στον εγκέφαλο.
Χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές σε μικροσκοπία δύο φωτονίων που μιμούνται συναπτικές επαφές μεταξύ δύο νευρώνων, οι ερευνητές ανακάλυψαν έναν σημαντικό νόμο που σχετίζεται με τη διάταξη των πληροφοριών που λαμβάνονται από δενδριτικές σπονδυλικές στήλες.
Το έργο τους δείχνει ότι ανάλογα με τον αριθμό των εισερχόμενων εισόδων (συνάψεις) και την εγγύτητά τους, οι πληροφορίες θα ληφθούν υπόψη και θα αποθηκευτούν διαφορετικά.
“Βρήκαμε ότι εάν εμφανιστούν περισσότερες από μία είσοδο σε ένα μικρό κομμάτι κλαδί δέντρου, το κελί θα θεωρεί πάντα αυτές τις πληροφορίες σημαντικές και θα αυξήσει τον όγκο του”, δήλωσε η συν-πρώτη συγγραφέας Diana E. Mitchell.
“Μια σημαντική ανακάλυψη”
“Αυτή είναι μια σημαντική ανακάλυψη”, πρόσθεσε η Araya.
“Οι δομικές και λειτουργικές αλλοιώσεις των δενδριτικών σπονδυλικών στηλών, οι κύριοι παραλήπτες εισροών από άλλους νευρώνες, συχνά σχετίζονται με νευροεκφυλιστικές καταστάσεις, όπως το σύνδρομο Fragile X ή ο αυτισμός, καθώς ο ασθενής δεν μπορεί πλέον να επεξεργάζεται ή να αποθηκεύει πληροφορίες σωστά”, είπε.
“Αυτό διαταράσσει τη λογική της κατασκευής μνήμης. Τώρα, κατανοώντας τους μηχανισμούς που διέπουν τη δυναμική των δενδριτικών σπονδυλικών στηλών και πώς επηρεάζουν το νευρικό σύστημα, θα είμαστε σε θέση να αναπτύξουμε νέες και καλύτερα προσαρμοσμένες θεραπευτικές προσεγγίσεις.”
