O tym, że ciche synapsy występują na wczesnym etapie rozwoju, gdy pomagają mózgowi uczyć się nowych informacji, było wiadomo już od dawna. Naukowcom wydawało się jednak, że ich liczba maleje z czasem i u dorosłych jest minimalna, żeby nie powiedzieć: zerowa. Tymczasem nowe badanie MIT ujawniło, że u dorosłych myszy aż 30 proc. wszystkich synaps w korze mózgowej jest wyciszona.
Istnienie cichych synaps w dorosłym mózgu wyjaśnia, jak jest on w stanie tworzyć nowe wspomnienia i uczyć się nowych rzeczy bez konieczności modyfikowania już istniejących. To wielkie osiągnięcie dla neuronaukowców, choć jego wartość może przez wielu być niedoszacowana. Szczegóły na ten temat opisano w czasopiśmie Nature Neuroscience.
Czytaj też:Mózgi niektórych osób są bardziej pofałdowane niż innych. Wreszcie wiemy, dlaczego
Dimitra Vardalaki, studentka studiów magisterskich MIT i główna autorka nowego badania, mówi:
Te ciche synapsy szukają nowych połączeń, a kiedy prezentowane są ważne nowe informacje, połączenia między odpowiednimi neuronami są wzmacniane. To pozwala mózgowi tworzyć nowe wspomnienia bez nadpisywania ważnych wspomnień przechowywanych w dojrzałych synapsach, które trudniej zmienić.
Czym są ciche synapsy?
Kiedy ciche synapsy wykryto po raz pierwszy dekady temu, wydawało się, że występują jedynie w mózgach młodych zwierząt. Uważa się, że na wczesnych etapach rozwoju, synapsy te pomagają mózgowi przyswajać ogromne ilości informacji, których choćby ludzkie niemowlęta potrzebują, by poznać środowisko i sposoby interakcji z nim. U myszy ciche synapsy zanikają ok. 12. dnia życia, co odpowiada pierwszym miesiącom życia człowieka.
W ostatnich latach zaczęło pojawiać się coraz więcej głosów, że ciche synapsy pozostają do okresu dorosłości i przez całe życie pomagają w tworzeniu nowych wspomnień. Dowody na to potwierdzono na zwierzęcych modelach uzależnienia, które w dużej mierze uważa się za zaburzenia nieprawidłowego uczenia się.
Czytaj też:Przełom w neurobiologii! Ludzkie neurony połączono z mózgiem szczura
Prof. Mark Harnett z MIT McGovern Institute for Brain Research mówi:
Neurony muszą wykazywać wiele różnych mechanizmów plastyczności, aby wyjaśnić, w jaki sposób pozwalają na skuteczne uczenie się nowych rzeczy, jak i przechowywanie utrwalonych wspomnień. Musi istnieć pula synaps możliwa do natychmiastowego wykorzystania. Już w poprzednich badaniach wykazano, że dendryty – antenopodobne wypustki neuronów – mogą przetwarzać sygnały synaptyczne na różne sposoby, w zależności od lokalizacji.
Teraz uczeni MIT wykorzystali technikę zwaną eMAP (epitope-preserving Magnified Analysis of the Proteome) do zmierzenia receptorów neuroprzekaźników w różnych gałęziach dendrytów, aby sprawdzić, czy to pomoże wyjaśnić różnice w ich zachowaniu. Przy okazji, dokonali niezwykłego odkrycia – wszędzie w polu widzenia były filopodia. Są to cienkie wypustki wychodzące z dendrytów, które obserwowano wcześniej, ale naukowcy nie wiedzieli, do czego służą.
Naukowcy MIT znaleźli filopodia w innych częściach dorosłego mózgu myszy, m.in. w korze wzrokowej – i to na poziomie 10-krotnie wyższym niż wcześniej obserwowano. Przy okazji odkryto, że filopodia te mają receptory neuroprzekaźnika zwane receptorami NMDA (N-metylo-D-asparaginianowe), ale nie mają receptorów AMPA (inny rodzaj receptorów glutaminianu, który jest ważnym neuroprzekaźnikiem). Jest to o tyle dziwne, że aktywna synapsa ma oba rodzaje receptorów, które współpracują ze sobą w celu przekazywania sygnałów. Gdy w neuronach nie ma receptorów AMPA, takie synapsy nie mogą przekazywać impulsów elektrycznych i są określane jako “ciche”.
Dokładniejsze badania (z wykorzystaniem tzw. patch clampingu) wykazały, że filopodia reprezentują ciche synapsy w mózgu. Możliwa jest ich aktywacja poprzez połączenie uwalniania glutaminianu z przepływem prądu elektrycznego, a taka stymulacja prowadzi do nagromadzenia receptorów AMPA w cichej synapsie – nie jest to proces skomplikowany, po prostu musi zajść określona sekwencja zdarzeń.
Badania uczonych z MIT potwierdzają krążącą wśród neuronaukowców teorię, że dorosły mózg zawiera plastyczne synapsy, które mogą być rekrutowane do tworzenia nowych wspomnień. To prawdopodobnie te z filopodiami.
Czytaj też:Znaleźli zupełnie nowy obszar w ludzkim mózgu. Nazywa się SLYM i może uratować nas przed najgorszym
Prof. Mark Harnett z MIT McGovern Institute for Brain Research mówi:
Tak to rzeczywiście działa w mózgu ssaków. Filopodia pozwalają systemowi pamięci być zarówno elastycznym, jak i wytrzymałym. Potrzebujesz elastyczności, aby przyswoić nowe informacje, ale potrzebujesz też stabilności, aby zachować ważne informacje.
Naukowcy już poszukują dowodów na istnienie cichych synaps w ludzkiej tkance mózgowej. Mają nadzieję zbadać, czy ich deficyt może być związany z rozwojem chorób neurodegeneracyjnych.