Milioni „tihih sinapsi“ mogu biti ključ doživotnog učenja

Novorođenčad moraju brzo da skladište ogromne količine novih informacija dok uče da se snalaze u svetu. Tihe sinapse – nezrele veze između neurona koji još nemaju neurotransmitersku aktivnost – smatraju se hardverom koji omogućava da se ovo brzo skladištenje informacija dogodi u ranom životu.

Prvi put otkriveni pre nekoliko decenija kod novorođenih miševa, smatralo se da ovi potencijalni neurološki preseci nestaju kako životinje stare. Nedavna studija istraživača sa MIT-a otkrila je da ovaj čin nestajanja možda nije tako ekstreman kao što se u početku pretpostavljalo.

Tim nije imao nameru da posebno razmatra ove potencijalne veze. Umesto toga, oni su nastavili prethodni rad na lociranju ekstenzija nervnih ćelija zvanih dendriti.

Ali su otkrili malo više nego što su očekivali. Ne samo da su snimili slike dendrita, već i bezbroj sićušnih izbočina nalik nitima koje su izranjale iz njih, zvanih filopodije.

„Prva stvar koju smo videli, što je bilo potpuno bizarno, a nismo očekivali, bilo je da svuda ima filopodija“, kaže neurolog sa MIT-a Mark Harnet, glavni autor pomenutog rada.

Obično skriveni u odsjaju fluorescentne hemikalije koja se koristi za osvetljavanje ćelije za snimanje, istraživači su koristili specijalnu tehniku snimanja koja je razvijena tek prošle godine pod nazivom uvećana analiza proteoma sa očuvanjem epitopa (eMAP).

Ovaj novi proces snimanja koristi gel koji pomaže u zaključavanju delikatnih ćelijskih struktura i proteina na svoje mesto, omogućavajući istraživačima da ih bolje proučavaju dok manipulišu tkivima.

Virusi koji eksprimiraju zeleni fluorescentni protein ubačeni su u dva odrasla muška miša i dve ženke, kako bi se osvetlila relevantna tkiva za snimanje. Njihov primarni vizuelni korteks je kasnije seciran i podeljen na kriške od jednog milimetra pre nego što je inkubiran u rastvoru monomera eMAP hidrogela i postavljen između staklenih pločica.

Ovo daje eMAP rešenju vremena da cementira ćelijsku strukturu na svoje mesto, što je omogućilo istraživačima da snime slike fluorescentnih dendrita u super-visokoj rezoluciji.

Naoružani uvećanim slikama 2.234 dendritske izbočine, istraživači su mogli da vide – po prvi put – da mozak odraslih miševa ima koncentraciju filopedija koja nikada ranije nije viđena kod odraslih miševa.

Štaviše, mnoge strukture su imale samo jedan od dva neurotransmiterska receptora koja se očekuju od zrele, funkcionalne sinapse. Bez drugog, oni su zapravo bili „tihi“ spojevi između neurona.

Zatim su istraživači pitali da li se tihe sinapse odraslih mogu aktivirati.

Oni su pokazali da je to moguće oslobađanjem neurotransmitera glutamata na vrhovima filopodijskih niti i proizvodnjom male električne struje deset milisekundi kasnije.

Ova procedura je „utišala“ sinapse u roku od nekoliko minuta, stimulišući akumulaciju nedostajućih receptora i omogućavajući filopodiji da formira vezu sa susednim nervnim vlaknima.

Ovi receptori su obično blokirani jonima magnezijuma, ali struja ih oslobađa, dozvoljavajući filopodiji da primi poruku od drugog neurona.

Bilo je mnogo lakše aktivirati tihe sinapse nego promeniti aktivnost dendritskih bodlji na zrelom neuronu, otkrio je tim.

Istraživači sada istražuju da li tihe sinapse postoje u moždanom tkivu odraslih ljudi.

„Ovaj rad je, koliko ja znam, prvi pravi dokaz da to zapravo funkcioniše u mozgu sisara“, kaže Harnet.

„Filopodije omogućavaju memorijskom sistemu da bude i fleksibilan i robustan. Potrebna vam je fleksibilnost da biste dobili nove informacije, ali vam je takođe potrebna stabilnost da biste zadržali važne informacije“, dodaje neurolog.

Rad je objavljen u časopisu Priroda.