به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان موسسه علوم اعصاب هلند برای اولین بار شاهد شکل پذیری عصبی در آکسون در حال رشد و حرکت بودند. سلول‌های عصبی مورد مطالعه از طریق انتقال سریع سیگنال‌های الکتریکی به نام پتانسیل‌های عمل با هم ارتباط برقرار می‌کنند. تمام پتانسیل‌های عمل در مغز در یک ناحیه کوچک منحصر به فرد از سلول یعنی بخش اولیه آکسون (AIS) شروع می‌شود که این اولین بخش آکسون است. گسترش طولانی و نازک یک سلول عصبی که سیگنال‌ ها یا تکانه ها را از یک سلول عصبی به سلول عصبی دیگر منتقل می‌کند. این به عنوان یک مرکز کنترل کننده عمل می‌کند که در آن تصمیم می‌گیرد که یک پتانسیل عمل، قبل از حرکت بعدی در امتداد آکسون آغاز شود. پیش از این، محققان مشاهده شگفت‌انگیزی داشتند که پلاستیسیته در AIS نیز رخ می‌دهد. انعطاف پذیری به توانایی مغز برای ایجاد اتصالات و ساختارهای جدید به منظور اندازه‌گیری میزان فعالیت الکتریکی اشاره دارد که برای یادگیری و حافظه بسیار مهم است. انعطاف پذیری AIS در طول تغییرات در فعالیت شبکه مغز رخ می‌دهد. طول قطعه می‌تواند با فعالیت بیش از حد کوتاه‌تر یا با فعالیت کم طولانی‌تر شود. اما این ساختار چگونه تغییر می‌کند و چقدر سریع اتفاق می‌افتد؟ محققان این مطالعه در آزمایشگاه مارتن کول، برای اولین بار، نحوه عملکرد این سازگاری را در آکسون به صورت پویاتر مشاهده کردند و مکانیسم‌های مولکولی پشت این فرآیند را شناسایی کردند. در دهه‌های گذشته پیشرفت‌هایی در درک مکانیسم‌های زیربنایی رشد آکسون مشاهده شد. اکثر این مطالعات از نورون‌های کشت داده شده روی سطوح صاف استفاده کردند. اخیراً مطالعات روی رشد آکسون به صورت سه بعدی انجام شده است. در این مطالعات، محیط‌های فیزیولوژیکی جنبه‌های پیچیده‌تر و پویاتری از رشد آکسون را نشان دادند.

ابزارهای ضروری

نقش کلیدی در این فرآیند را دروازه‌های یونی بازی می‌کنند که در قسمتی قرار دارند که به عنوان کانال‌های سدیم نیز شناخته می‌شوند. این تیم تحقیقاتی ابزارهای جدیدی را برای مطالعه این کانال‌های سدیم و پروتئین‌های حمایت‌کننده آنها توسعه دادند. آنها کشف کردند که تعداد کانال‌های سدیم در بخش سلول می‌تواند به سرعت در عرض یک ساعت تغییر کند. این تغییر سریع توسط فرآیندی به نام اندوسیتوز انجام می‌شود که در آن کانال‌های سدیم به داخل وزیکول‌های داخل سلول جذب می‌شوند. اندوسیتوز یک فرایند سلولی است که به وسیله آن می‌توان مواد خارج سلولی را به همراه بخشی از غشا به داخل سلول آورد. انواع مختلفی از اندوسیتوز بر اساس نوع محموله‌ ورودی به سلول (از هورمون‌ها و مواد مغذی کوچک تا مواد بزرگی مثل باکتری‌ها) وجود دارد. بعد از فرایند اندوسیتوز بخشی از غشا که به داخل سلول وارد شده به غشای پلاسمایی اصلی برمی‌گردد و بخشی از آن نیز تجزیه می‌شود. تعادل میان میزان غشای بازگردانده شده و میزان غشای تجزیه شده ساختار غشای پلاسمایی را تعیین می‌کند. محققان ذکر کردند که می‌توان این سازگاری را به عنوان نوعی تقویت‌کننده در نظر گرفت که این امکان را فراهم می‌کند که بتوان ورودی این کانال‌ها را تنظیم نمود. هرچه AIS طولانی تر باشد، جریان کمتری نیاز دارد پس  می‌توان خروجی سلول را افزایش داد. اگر این کار به درستی انجام نشود، کل فرآیند می‌تواند به خطر بیفتد. فعالیت در شبکه عصبی دائماً در نوسان است. نورون‌ها باید با تغییرات شدید در سطوح فعالیت مقابله کنند، هم فعالیت خیلی کم و هم زیاد می‌تواند برای شکل‌گیری حافظه مضر باشد. آزمایش‌های قبلی این تیم تحقیقاتی روی موش‌ها، این سازگاری را نشان می‌دهد که یک موش با سبیل‌های بریده شده ورودی حسی کمتری دریافت می‌کند. در نتیجه، تعداد کانال‌های سدیم در AIS برای حفظ تعادل افزایش می یابد. عکس آن نیز اتفاق می‌افتد: اگر ورودی بیش از حد وجود داشته باشد، مانند زمانی که موش در یک محیط جدید با فعالیت زیاد قرار می‌گیرد، AIS کمی کوتاه‌تر می‌شود و کانال‌های سدیم کمتری فالیت می‌کنند. اما اینکه این فرآیند چگونه کار می‌کند و این انعطاف‌پذیری با چه سرعتی اتفاق می‌افتد، همیشه سؤالات اساسی برای دانشمندان علوم اعصاب بوده است.

تصویربرداری زنده به کمک مدل موشی

محققان این تیم تحقیقاتی برای پاسخ به این سوال با یک چالش مهم روبرو شدند که چگونه می‌توان پلاستیسیته را به صورت زنده ثبت کرد؟ جالب توجه است که AIS چگونه سازگار می‌شود، و در واقع حرکت آن چگونه است؟  بررسی این موضوع  قبلا در این زمینه امکان‌پذیر نبود. در این تحقیقات از دو ابزار جدید استفاده شده: اول، یک مدل موش ویژه با AIS برچسب‌گذاری شده با پروتئین فلورسنت، که به محققان امکان می‌دهد مکانیسم را مشاهده کرده و تغییرات زمانی در برش‌های مغز را ثبت کنند. دوم، از ابزارهای مولکولی استفاده شد که کانال‌های سدیم را در کشت‌های سلولی قابل مشاهده می‌کردند. محققان این تیم تحقیقاتی افزودند پلاستیسیته‌ای که در AIS مشاهده می‌شود، بسیار شبیه به آنچه در مورد پلاستیسیته سیناپسی در نظر گرفته می‌شود، است. انعطاف‌پذیری همایه‌ای یا پلاستیسیته سیناپسی (Synaptic plasticity) توانایی سیناپس ها برای تقویت یا تضعیف در طی زمان، در پاسخ به افزایش یا کاهش فعالیتشان است. ادعا می‌شود خاطرات در مغز توسط مدارهای عصبی که به شدت متصل هستند، بیان می‌شوند؛ بنابراین انعطاف‌پذیری سیناپسی یکی از مهم‌ترین اساس یادگیری و حافظه است که این شناخته شده‌ترین شکل پلاستیسیته است و به توانایی اتصال (سیناپس) بین دو سلول عصبی در تغییر قدرت مربوط می‌شود. انعطاف پذیری سیناپسی مستقیماً با یادگیری و حافظه مرتبط است. اما مکانیسم مشابهی در AIS نیز رخ می‌دهد. محققان این مطالعه خاطر نشان کردند که تغییرات زیادی در سیناپس رخ می‌دهد، اما فقط اطلاعات مربوطه به سلول عصبی بعدی ارسال می‌شود. این تصمیم در AIS گرفته می‌شود، بنابراین تغییرات در این ناحیه واقعاً برای عملکرد سلول مهم است. همچنین محققان نتیجه‌گیری کردند این مطالعه زمینه‌های مختلف تخصص را گرد هم می‌آورد که قویاً از آنها در تحقیقات حمایت می‌شود. ابزارهای جدید برای تصویربرداری در ساختارهای نانومقیاس در حال بررسی برای انجام تحقیقات است. این مطالعه توانسته است ثابت کند که وقتی فعالیت تغییر کند، ساختار نیز تغییر می‌کند. این مشاهدات به محققان کمک می‌کند انعطاف پذیری را در یک چشم‌انداز وسیع‌تر ببینند. اکنون باید این تغییرات را در AIS مورد بررسی بیشتر قرار داد تا نقاط قوت آن را برای پیشرفت دانش به کار گرفت.

پایان مطلب./