تفاوت سیناپسهای قوی و ضعیف مغز در چیست؟

5 (100%) 2 vote[s]

نوروسافاری | مطالعه ی محققان MIT نشان داده است که سیناپس ها استحکامشان را با کلسیم بهبود می بخشند که شکلی از بلوغ در سطح سیناپس می باشد.

سیستم عصبی برای کار کردن به سلولهایش یا همان نورون ها احتیاج دارد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و به وسیله ی پیام های الکتریکی و انتقال دهنده های عصبی شیمیایی با یکدیگر صحبت کنند. اگر مغز بخواهد یاد بگیرد و سازش پیدا کند به اتصالاتی به نام سیناپس نیاز دارد که می توانند ضعیف یا قوی شوند. مطالعه ی جدید محققان MIT به توضیح این مسئله کمک می کند که چرا سیناپس های قوی، قویتر هستند و چگونه به این وضعیت در آمده اند.

با نگاه دقیق به خصوصیات استحکام سیناپس ها و چگونگی رشد آنها، مطالعات به محققان کمک می کنند تا بفهمند چگونه سیناپس ها ضعیفتر یا قویتر می شوند.

تروی لیتلتون می گوید:

نقص در تغییر و رشد سیناپسی یا همان پلاستیسیتی نقش زیادی در بیماری های مغزی مثل اوتیسم و ناتوانی ذهنی دارد. اهمیت مطالعه ی ما در فهمیدن این است که ویژگی های مولکولی سیناپس های قوی در برابر همسایه های ضعیفشان چیست و این که چگونه می توانیم راجع به تبدیل سیناپس های ضعیف به انواع قویتر فکر کنیم.

به گزارش نوروسافاری از ام‌آی‌تی، در این مطالعه تیم لیتلتون از روش های تصویربرداری خلاقانه ای در ارگانیسم مدل مگس سرکه استفاده کردند تا روی مناطق فعالی تمرکز کنند که از اجزای بنیادین سیناپس ها هستند. دانشمندان ویژگیهای خاصی را شناخته اند که در ارتباط با اتصالات قوی در هر دو طرف سیناپس (مناطق پیش سیناپسی و پس سیناپسی ) می باشند.

این تیم همچنین مطالعه کرده است که چگونه سیناپس های قوی و مناطق فعال سیناپسی رشد می کنند که نشان می دهد آن سیناپس هایی که دیرتر در طی چند روز بحرانی از فرایند رشد بالغ شوند قوی ترین خواهند بود.

سرچشمه های قدرت

مطالعه ی این تیم با تحقیق راجع به مناطق فعال سیناپسی در محل اتصال نورون حرکتی به ماهیچه شروع شد.حدود ۳۰۰ منطقه ی فعال در محل اتصال نورونی-ماهیچه ای موجود بود که تنوع غنی از سیناپس ها را برای مطالعه در اختیار تیم قرار می داد.

معمولا عصب شناسان قدرت اتصالات نورونی را به وسیله ی اندازه گیری میزان جریان الکتریکی در نورون پس سیناپسی بعد از فعالیت نورون پیش سیناپسی اندازه گیری می کنند. ولی این نوع اندازه گیریها انتقالات متعددی از مناطق فعال سیناپسی زیادی را نشان می دهد. در مطالعه ی جدید تیم قادر بود تا فعالیت هر منطقه ی سیناپسی فعال مجزا را با دقت بی سابقه ای تصویرسازی کند که با استفاده از تکنیکی به نام تصویر برداری کوانتال نوری انجام شد.

محققان قرارگیری یک سنسور کلسیم کدگذاری شده ژنتیکی را در نزدیکی  مناطق  فعال سیناپسی تثبیت کردند. این کار به آن ها اجازه داد فعالیت هر منطقه ی رهاسازی یونی جداگانه را تصویرسازی کنند. اکنون آن ها می توانستند انتقال سیناپسی را در سطح هر منطقه ی رهاسازی جداگانه شناسایی کنند.

در بین مگس های زیادی، تیم همواره می دید که تنها ۱۰ درصد از مناطق فعال هر اتصال, قوی بودند. این عدد با احتمال زیادی در طول تحریک سلول پیش سیناپسی و آزادسازی گلوتامات اندازه گیری شد.

حدود ۷۰ درصد از مناطق فعال خیلی ضعیف تر بودند به طوری که در اثر تحریک مشابه به ندرت گلوتامات آزاد می کردند. بیست درصد دیگر غیر فعال بودند. قوی ترین مناطق فعال احتمال رهایش ۵۰ برابر قوی تر از مناطق ضعیف داشتند.

مشاهدات اولیه نشان داد که سیناپسهایی که توسط نورون کاملا مشابهی تولید شده است قدرت برابری ندارند. بنابراین سوالی به وجود آمد که چه چیزی درباره ی یک سیناپس واحد مشخص می کند که ضعیف است یا قوی؟

تیم تست های متعددی انجام داد. دریک آزمایش برای نمونه آنها نشان دادند که این ذخیره ی وزیکول های سیناپسی نیست که تاثیر گذار است (وزیکول های سیناپسی بخش های محتوی گلوتامات هستند). وقتی آنها نورون های پیش سیناپسی را بارها و بارها تحریک می کردند, سیناپسهای قویتر احتمال آزاد سازیشان نسبتا بیشتر بود, حتی در صورتی که ذخایر وزیکولهای سیناپسی آنها با ذخایر مناطق فعال نزدیک بهم می آمیخت.

آزمایش های پیش سیناپسی که تفاوت را نشان می دادند باید نرخ ورود کلسیم به مناطق فعال و تعداد کانال هایی که از طریقشان کلسیم به مناطق فعال می رسد را اندازه می گرفتند. یون های کلسیم وزیکول ها را تحریک می کنند تا با غشای سلول پیش سیناپسی ترکیب شوند و اجازه می دهد تا انتقال دهنده های عصبی آزاد شوند.

در سیناپس های قوی  هم وفور کانال های یونی کلسیم بیشتر است و هم ورود یون های کلسیم به درون این کانال ها به طرز معنا داری نسبت به مناطق فعال سیناپس های ضعیف بیشتر است.

مناطق فعال قوی تر همین طور تعداد بیشتری از پروتئین هایی به نام بلاچ پایلوت را دارند که در دسته دسته کردن کانال های کلسیم مشارکت می کنند.

با این حال در بخش پس سیناپسی وقتی دانشمندان تعداد و توزیع انواع مختلف گیرنده های گلوتامات را بررسی کردند تفاوتی چشمگیر را در سیناپس های قوی یافتند. در یک سیناپس ضعیف نوعی  GluRIIA و GluRIIB که شامل گیرنده ها می شدند بسیار با یکدیگر ترکیب شده بودند. ولی در سیناپس های قوی گیرنده های نوع A که بسیار حساس تر هستند در مرکز تجمع پیدا کرده بودند در حالی که گیرنده های نوع B به اطراف رانده شده بودند انگار می خواهند توانایی دریافت سیگنال توسط سلول را افزایش دهند.

افزایش قدرت از طریق کامل شدن رشد

با داشتن شواهد مربوط به قوی شدن سیناپسها دانشمندان خواستند تعیین کنند که سیناپس ها چگونه این کار را انجام می دهند و چرا تعداد بیشتری از آن ها وجود ندارد. برای فهمیدن این مسئله آن ها هر منطقه ی فعال را از ابتدای رشدش تا روز های بسیاری پس از آن بررسی کردند.

 این اولین بار بود که دانشمندان می توانستند یک منطقه ی فعال منفرد را در طول رشدش در بازه ی زمانی بین تشکیل در دوران لارو حشره تا بلوغ (همزمان با رشد جانور) دنبال کنند.

آنها این تصویر برداری در بدن موجود زنده را با بیهوش کردن لارو در هر روز و چک کردن تغییرات مناطق فعال انجام می دادند. با استفاده از گیرنده های GluRIIA و  GluRIIB مهندسی شده که رنگ های مختلفی را ساطع می کردند آنها توانستند بگویند که سیناپسهای قوی چه زمانی شکل می گیرند. در این مسیر تراکم مرکزی نوع A و حاشیه ای بودن گیرنده ی B بسیار کمک کننده بود.

یک پدیده ای که آن ها متوجهش شدند این بود که شکل گیری یک منطقه ی فعال با گذشت هر روز از سیر رشدش شتاب می یابد. این مسئله بسیار مهم از آب در آمد زیرا آنها یافتند که قدرت سیناپس با سن منطقه ی فعال در ارتباط است. هر چه قدر سیناپس ها در طی چندین روز بلوغ پیدا کنند کانال های کلسیم و BRP بیشتری را فراهم می آورند. یعنی آنها در طول بلوغ قویتر می شوند ولی تنها عده ی کمی از سیناپس ها شانس این را دارند که در طی چند روز بالغ شوند.

محققان می خواستند بدانند که آیا فعالیت عصبی بر نرخ بلوغ تاثیر می گذارد یا نه زیرا انتظار می رود که سیستم عصبی نسبت به تجربه ی جانور پاسخگو باشد. با تمیز دادن ژن های مختلفی که فعالیت نورونی را تعدیل می کنند آنها دریافتند که مناطق فعال سیناپسی با فعالیت بیشتر, سریعتر بالغ می شوند و با فعالیت کمتر, دیرتر بالغ میشوند.

این نتایج دقت زیادی را در فهم مولکولی و تکوینی چندین فاکتور مهم فراهم می کند که تاثیر زیادی در  ناهمگونی انتشار جمعیتی در مناطق فعال سیناپسی دارند. از آنجایی که گروهی از پروتئین ها که منطقه ی فعال پیش سیناپسی را در مگس ها می سازند به طور عمده در سیناپس های پستانداران حفظ شده اند این نتایج بینش زیادی را راجع به این سوال به وجود می آورد که چگونه ناهمگونی انتشار در مناطق فعال سیناپسی در سیستم های نورونی پیچیده تر پدید می آیند.

 

لینک مقاله:

Characterization of developmental and molecular factors underlying release heterogeneity at Drosophila synapses

لینک خبر:

What separates the strong from weak among connections in the brain

ترجمه: محمد حسن ابوالحسنی – وبسایت نوروسافاری

بیشتر بدانید:  اثرات ژنتیکی تغییر چرخه نور و تاریکی‌

همچنین ببینید

علت فراموشی خواب‌ها مشخص شد

5 (100%) 2 vote[s] نوروسافاری | بعضی از خواب‌ها پس از بیدار شدن کاملاً در …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *