Νέα μελέτη παρέχει πρωτοφανή κατανόηση των μικρών λεπτομερειών της νευρωνικής επικοινωνίας

Νευρική δραστηριότητα

Ερευνητές του Ινστιτούτου Νευροεπιστήμης Max Planck της Φλόριντα, αποκάλυψαν σημαντικά οργανωτικά χαρακτηριστικά της νευραξονικής διεγερσιμότητας μεταξύ συνάψεων, τα οποία περιγράφουν σε μια νέα μελέτη η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Neuron.

Οι νευρώνες είναι οι βασικές δομές επεξεργασίας πληροφοριών στον εγκέφαλο και αποτελούνται από τρία μέρη : δενδρίτες, οι οποίοι είναι αρμόδιοι για τη λήψη των πληροφοριών, νευράξονες, οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για την αποστολή των πληροφοριών και το σώμα, το κυτταρικό σώμα που περιέχει τον πυρήνα.

Για να υπάρξει επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων, μια ηλεκτρική ώθηση, μια δυναμική ενέργειας (action potential) όπως ονομάζεται, πρέπει να ταξιδέψει κατά μήκος του νευράξονα προς το συναπτικό τερματικό του.

Μια σημαντική τεχνική πρόκληση που εμποδίζει την άμεση εξέταση της διαδικασίας αυτής, της νευραξονικής δραστηριότητας, είναι η μικρή διάμετρος ενός τυπικού νευράξονα η οποία είναι λιγότερη από 500 νανόμετρα.

Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Νευροεπιστήμης Max Planck της Φλόριντα, έχουν πλέον βελτιστοποιήσει οπτικές και ηλεκτροφυσιολογικές καταγραφές από ατομικούς νευρώνες για την μελέτη της νευραξονικής διεγερσιμότητας με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Αυτές οι εξελιγμένες προσεγγίσεις επιτρέπουν την περαιτέρω κατανόηση των βασικών αρχών της νευρωνικής επικοινωνίας.

Υπάρχουν τρεις κύριες λειτουργίες του νευρικού συστήματος: αισθητηριακή λειτουργία, η οποία ανιχνεύει τις αλλαγές στο σώμα, ενοποιητική λειτουργία, η οποία λαμβάνει αποφάσεις με βάση τις πληροφορίες που λαμβάνει, κινητική λειτουργία, η οποία μεταφέρει ηλεκτρικά ερεθίσματα για να δημιουργήσει μια απόκριση. Ειδικότερα, οι ενοποιητικές λειτουργίες του εγκεφάλου φέρουν τις αισθητικές πληροφορίες μαζί, δημιουργούν τις μνήμες, παράγουν τις σκέψεις και παίρνουν αποφάσεις.

Η παρεγκεφαλίδα, το μέρος του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο της κίνησης, χρησιμεύει ως ένα βέλτιστο σύστημα μοντέλου για τη μελέτη των ενοποιητικών χαρακτηριστικών του νευρικού συστήματος, τόσο σε κυτταρικό επίπεδο όσο σε δικτυακό επίπεδο. Το νευρωνικό δίκτυο της παρεγκεφαλίδας είναι εντυπωσιακά απλό σε σύγκριση με άλλες περιοχές του εγκεφάλου, με τακτικά επαναλαμβανόμενη κυτταρική οργάνωση. Ως εκ τούτου, η παρεγκεφαλίδα προσφέρει μια μοναδική ευκαιρία για την μελέτη της δυναμικής του πώς μεταφέρονται οι πληροφορίες και μετασχηματίζονται εντός και μεταξύ των νευρώνων για τον έλεγχο της κινητικής συμπεριφοράς.

Στη νέα τους μελέτη, οι ερευνητές περιγράφουν το πως ξεπέρασαν μια σημαντική τεχνική πρόκληση η οποία απαγόρευε την άμεση εξέταση της αξονικής διεγερσιμότητας. Χρησιμοποιώντας οπτικά καθοδηγούμενη υποκυτταρική επιδιόρθωση, σε συνδυασμό με οργανικούς ενεργοποιητές της νευρωνικής δραστηριότητας, οι ερευνητές ήταν σε θέση να δοκιμάσουν στοχευμένες επιμέρους περιοχές της αξονικής μεμβράνης συμπεριλαμβανομένων των συνάψεων τους. Αυτή η τεχνική επιτρέπει την άμεση εκτίμηση της κατανομής και των βιοφυσικών ιδιοτήτων των διαύλων ιόντων και υποδοχέων που εκφράζονται κατά μήκος ενός νευράξονα. Επίσης επιτρέπει την άμεση καταγραφή των νευρικών σημάτων συμπεριλαμβανομένων των δυναμικών ενέργειας και την δραστηριότητα των συνάψεων.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η μελέτη αυτή έδειξε ότι τα δυναμικά ενέργειας, τα οποία αντιμετωπίζονται συχνά ως αμετάβλητοι παλμοί, είναι στη πραγματικότητα αρκετά δυναμικά με το σχήμα τους ποικίλλει ανάλογα με την υποκυτταρική τους τοποθεσία.

Η οργανωτική λειτουργία που περιγράφεται από την παρούσα μελέτη επιτρέπει στους νευράξονες να πολλαπλασιάζουν τις προσαρμοστικές τους ιδιότητες ανεξάρτητα από άλλους τομείς σε μια εξαίσια τοπική χωρική κλίμακα, ακόμη και μεταξύ των γειτονικών χώρων της απελευθέρωσης μέσω των διαύλων καλίου.

Παραπομπές

Matthew J.M. Rowan, Gina DelCanto, Jianqing J. Yu, Naomi Kamasawa, Jason M. Christie. Synapse-Level Determination of Action Potential Duration by K+ Channel Clustering in Axons. Neuron (2016). DOI: 10.1016/j.neuron.2016.05.035

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *