Милиони „безшумни синапси“ могат да бъдат ключът към ученето през целия живот: ScienceAlert


Новородените трябва бързо да съхраняват огромни количества нова информация, докато се учат да се ориентират в света. Тихите синапси – незрелите връзки между неврони, които все още нямат невротрансмитерна активност – се смятат за хардуера, който позволява това бързо съхранение на информация да се случи в ранна възраст.

Открити за първи път преди десетилетия при новородени мишки, тези потенциални неврологични пресичания се смяташе, че изчезват с напредването на възрастта на животните. Неотдавнашно проучване на изследователи от Масачузетския технологичен институт в САЩ установи, че този акт на изчезване може да не е толкова краен, колкото първоначално се предполагаше.

Екипът не се беше заел да разглежда конкретно тези потенциални връзки. По-скоро те продължаваха предишна работа върху местоположенията на разширенията на нервните клетки, наречени дендрити.

Те получиха малко повече, отколкото очакваха. Те не само заснеха изображения на дендритите, но и безброй малки, подобни на нишка издатини, излизащи от тях, наречени филоподии.

„Първото нещо, което видяхме, което беше супер странно и не очаквахме, беше, че имаше филоподии навсякъде,“ казва Неврологът от MIT Марк Харнет, главният автор на статията.

Обикновено скрити в отблясъците на флуоресценцията, използвани за осветяване на клетката за изображения, изследователите са използвали специална техника за изображения, разработена само миналата година наречен епитоп-съхраняващ увеличен анализ на протеома (eMAP).

Този нов процес на изобразяване използва гел, който помага да се заключат деликатните клетъчни структури и протеини на място, което позволява на изследователите да ги изучават по-добре, докато тъканите се манипулират.

Вируси експресиращи зелен флуоресцентен протеин бяха вмъкнати в две мъжки и две женски възрастни мишки, за да подпомогнат осветяването на съответните тъкани за изобразяване. Техният първичен зрителен кортекс по-късно беше дисектиран и разделен на едномилиметрови резени, преди да бъде инкубиран в разтвора на eMAP хидрогел мономер и монтиран между предметни стъкла.

Това дава на решението eMAP време да циментира клетъчната структура на място, което позволява на изследователите да направят изображения със супер висока разделителна способност на флуоресциращите дендрити.

Въоръжени с увеличените изображения на 2234 дендритни изпъкналости, изследователите можеха да видят – за първи път – че мозъците на възрастни мишки имат концентрации на филопедия, невиждани досега при възрастни мишки.

Нещо повече, много от структурите имаха само един от два невротрансмитерни рецептора, очаквани от зрял, функциониращ синапс. Без втория, те всъщност бяха „безшумни“ кръстовища между неврони.

След това изследователите попитаха дали безшумните синапси за възрастни могат да бъдат активирани.

Те показаха, че това е възможно чрез освобождаване на невротрансмитера глутамат в върховете на филоподичните нишки и произвеждане на малък електрически ток десет милисекунди по-късно.

Тази процедура „отстрани мълчанието“ на синапсите за минути, стимулирайки натрупването на липсващите рецептори и позволявайки на филоподията да образува връзка със съседните нервни влакна.

Тези рецептори обикновено се блокират от магнезиеви йони, но токът ги освобождава, което позволява на филоподията да получи съобщение от друг неврон.

Беше много по-лесно да се активират тихи синапси, отколкото да се промени активността на дендритните шипове върху зрял неврон, установи екипът.

Сега изследователите проучват дали съществуват безшумни синапси в мозъчната тъкан на възрастен човек.

„Тази статия е, доколкото знам, първото истинско доказателство, че това всъщност работи в мозъка на бозайник“, Харнет казва.

„Filopodia позволява на системата за памет да бъде както гъвкава, така и стабилна. Имате нужда от гъвкавост, за да придобиете нова информация, но също така се нуждаете от стабилност, за да запазите важната информация.“

Тази статия е публикувана в Природата.