به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان چگونگی هماهنگی سیناپس‌های مجاور را در پاسخ به سیگنال‌های پلاستیسیته روشن کرده‌اند. سلول‌های عصبی در مغز هزاران سیگنال سیناپسی را از طریق آنتن خود، به اصطلاح شاخه دندریتی دریافت می‌کنند. تغییرات دائمی در قدرت سیناپسی با تغییرات در اندازه خارهای دندریتیک مرتبط است. با این حال، قبلاً مشخص نبود که نورون‌ها چگونه این تغییرات را در قدرت در چندین سیناپس که نزدیک به یکدیگر و همزمان فعال هستند، اعمال می‌کنند. محققان فرض می‌کنند که رقابت بین ستون‌ها برای منابع مولکولی و فاصله فضایی بین خارهای تحریک شده به طور همزمان بر پویایی حاصل از آنها تأثیر می‌گذارد. نورون‌ها واحدهای محاسباتی مغز هستند. آن‌ها هزاران سیگنال سیناپسی را از طریق دندریت‌های خود دریافت می‌کنند و سیناپس‌های منفرد تحت انعطاف‌پذیری وابسته به فعالیت قرار می‌گیرند. این شکل پذیری سیناپسی مکانیسمی است که در حافظه و تفکر ما قرار دارد و منعکس‌کننده تغییرات طولانی مدت در قدرت سیناپسی است. هنگام یادگیری خاطرات جدید، به خصوص سیناپس‌های فعال ارتباطات خود را در فرآیندی به نام تقویت طولانی مدت(LTP) تقویت می‌کنند. با این حال، چگونگی تخصیص نورون‌ها برای انتقال تغییرات قدرت سیناپسی در فضا و زمان در میان سیناپس‌های همسایه، نامشخص است. تا به حال، فرض بر این بود که هر سیناپس مستقل از سایرین تصمیم می‌گیرد که چگونه تغییر کند. این مطالعه دیدگاه جدیدی در مورد چگونگی هماهنگی سیناپس‌های مجاور پاسخ خود به سیگنال‌های پلاستیسیته را پیشنهاد می‌کند. محققان دریافته‌اند که اشتراک پروتئین‌ها و کلسیم باعث می‌شود انعطاف‌پذیری سیناپسی به یک عمل جمعی تبدیل شود که در آن رفتار یک سیناپس بر نحوه واکنش سایرین تأثیر می‌گذارد. زمانی که چندین سیناپس همزمان بخواهند تقویت شوند و نزدیک به هم باشند، با یکدیگر رقابت می‌کنند به طوری که هر سیناپس کمتر از حالتی که به تنهایی می بود، تقویت می‌کند.

دید کلی

یک نورون معمولی در مغز پستانداران هزاران ورودی سیناپسی را در سرتاسر دندریتیک خود دریافت می‌کند. الگوی ورودی پیش سیناپسی می‌تواند تغییراتی در اندازه و ترکیب مولکولی خارهای دندریتیک پس سیناپسی مربوطه ایجاد کند و باعث تقویت یا افسردگی سیناپسی شود. در شکل‌پذیری سیناپسی کلاسیک هبی، تصور می‌شود که تغییرات به سیناپس‌های فعال و مستقل از سایر ورودی‌های مجاور محدود می‌شوند. با این حال، شواهد فزاینده‌ای وجود دارد که نشان می‌دهد خارهای تحریک‌شده می‌توانند تحت‌تاثیر گفتگوی متقابل خارهای تحریک‌شده و تحریک‌نشده قرار بگیرند، که منجر به ایجاد الگوهای پیچیده انعطاف‌پذیری چند ستونه می‌شود در نتیجه، زمانی که دو یا چند رویداد القای پلاستیسیته تقریباً در فضا و زمان منطبق باشند، پیش‌بینی نتیجه برای درک الگوهای آینده فعالیت عصبی که عملکردهای مدار را هدایت می‌کنند، حیاتی است. نقش‌های مختلفی برای پلاستیسیته چند مکان پیشنهاد شده است، از عملکرد هومئوستاتیک که از تغییرات همسیناپسی به تغییرات جبرانی و هتروسیناپسی پشتیبانی می‌کند تا همگام‌سازی ورودی‌های فعال در سراسر مناطق مغز. این یک سوال باز باقی می‌ماند که مکانیسم‌هایی که تنوع پیامدهای انعطاف‌پذیری را در پروتکل‌های مختلف تحریک فضایی-زمانی چند ستون فقرات تعیین می‌کنند، چیست. تا حدی، این یک مشکل ترکیبی است که باید با استفاده از فواصل مکانی و زمانی تعریف شده بین سیناپس های تحریک شده در طول چند تا ده دقیقه مطالعه شود، و این تحقیق از یک چارچوب مدل برای توضیح اثرات مشاهده شده بهره می برد. در ستون فقرات پس سیناپسی، پلاستیسیته سیناپسی توسط جریانی از یون های Ca2 که از طریق NMDAR ها وارد ستون فقرات می شود، ایجاد می شود، که سپس طیف گسترده ای از رویدادهای سیگنالینگ وابسته به Ca2 را در پایین دست در نورون پس سیناپسی درگیر می کند. تحت شرایط خاص، گسترش مولکول‌های سیگنال‌دهنده به خارهای همسایه می‌تواند باعث رخدادهای پلاستیسیته بیشتر شود یا آستانه پلاستیسیته سیناپسی آینده را تغییر دهد. فعالیت الکتریکی همچنین می‌تواند به انعطاف‌پذیری چند ستون فقرات، از جمله سنبله‌های NMDA و پتانسیل‌های عمل پس انتشار (مثلاً 15،16،17،18) کمک کند. رویدادهای ثانویه، مانند ترجمه دندریتیک محلی وابسته به فعالیت، یک لایه تنظیم اضافی اضافه می کند. چارچوب‌های مکانیکی پیشنهادی شامل برچسب و جذب سیناپسی و مدل پلاستیسیته خوشه‌ای است که در آن تأثیر پلاستیسیته به شاخه‌های دندریتی منفرد محدود می‌شود.

بسیاری از مولکول‌های کاندید به‌عنوان واسطه‌های سیگنال‌دهی بین سیناپسی شناسایی شده‌اند، مانند پروتئین فسفاتاز وابسته به Ca2+/calmodulin، calcineurin21,22، پروتئین کیناز وابسته به Ca2+/calmodulin CaMKII23,24 GTPase‌های کوچک و Ras13 و RhoA26، و گاز قابل انتشار نیتریک اکسید است. به دنبال فعالیت سیناپسی، چندین مورد از این مولکول ها نشان داده شده است که از ستون فقرات فعال شده پخش می شوند، در امتداد دندریت پخش می‌شوند و وارد سیناپس‌های مجاور می‌شوند. اجزای دیگر مانند Cdc42 و CaMKII احتمالاً به ستون فقرات فعال شده محدود می شوند 25،26،28. از نظر عملکردی، به نظر می‌رسد که CaMKII و کلسینورین موازی با فرکانس بازخوانی و قدرت محرک عمل می‌کنند، جایی که CaMKII در LTP/sLTP نقش دارد  و کلسینورین برای LTD/sLTD21،32 مورد نیاز است. از این رو، مقدار و توزیع پروتئین کینازها و فسفاتازهای فعال به دنبال فعالیت سیناپسی احتمالاً یک عامل تعیین کننده برای فعال کردن و تخصیص اجزای ضروری به خارهای همسایه برای بیان پایین دست انعطاف پذیری است.

رقابت شدید

محققان از آزادسازی گلوتامات، یک انتقال‌دهنده عصبی تحریکی مهم در مغز، در ارتباط با مدل‌های کامپیوتری برای بررسی فرآیندهای مولکولی انعطاف پذیری چندین خار استفاده کردند. خارها، برآمدگی‌های قارچی شکل سلول‌های عصبی، در مغز یافت می‌شوند و می‌توانند ارتباطات سیناپسی را تقویت کنند. طبق گفته محققان، آزادسازی گلوتامات امکان دستکاری دقیق سیناپس‌های منتخب را فراهم می‌کند، که به آن‌ها امکان می‌دهد دقیقاً تعداد سیناپس‌ها و تا چه حد را تقویت می‌کنند. این داده‌ها به تیم محققان اجازه می‌دهد یک مدل طراحی کنند و پارامترهای آن را با مجموعه‌ای از سه فرآیند خاردار تحریک‌شده، یعنی خارها، تنظیم کرده تا سپس پیش‌بینی کنند که هفت یا پانزده فرآیند خاردار چگونه رفتار خواهند کرد.  محققان از میزان رقابت بین فرآیندهای خاردار همسایه شگفت زده شدند، که در دو تا سه دقیقه اول پس از تحریک شکل پذیری قوی تر بود و جهت و میزان پلاستیسیته را تحت تأثیر قرار داد. سرپرست تیم تحقیقاتی افزود: نتایج ما نشان می‌دهد که آرایش فضایی سیناپس‌های تحریک شده به طور همزمان به طور قابل توجهی بر پویایی رشد یا انقباض ستون فقرات تاثیر می‌گذارد و نشان می‌دهد که چندین خاطره ذخیره شده روی یک دندریت ممکن است بر یکدیگر تاثیر بگذارند. محققین اصلی اطمینان دارند که درک نحوه مدیریت نورون ها منابع سیناپسی به درک بهتر فرآیندهای شناختی در مغز سالم و در نتیجه توسعه استراتژی های جدید برای مبارزه با بیماری آلزایمر، اختلالات طیف اوتیسم و ​​سایر آسیب های شناختی کمک می‌کند.

پایان مطلب./