حتى وقت قريب، كان يُعتقد أن المشابك العصبية الهادئة كانت موجودة فقط في المراحل المبكرة من نمو الدماغ عندما ساعدت الدماغ في استيعاب المعلومات الجديدة. ومع ذلك، الأحدث معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجدت الدراسة أن حوالي 30% من جميع المشابك العصبية في قشرة أدمغة الفئران البالغة تكون صامتة. ووجد العلماء أيضًا أن هذه المشابك العصبية الصامتة تظل غير نشطة حتى يتم تجنيدها للمساعدة تشكل ذكريات جديدة.
قد توفر هذه المشابك العصبية الصامتة نظرة ثاقبة حول كيفية عمل الدماغ البالغ خلق ذكريات جديدة بشكل مستمر ويكتسب معلومات جديدة دون الحاجة إلى تغيير نقاط الاشتباك العصبي التقليدية القديمة.
وقالت ديميترا فاردالاكي، طالبة الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلفة الرئيسية للدراسة الجديدة: "تبحث هذه المشابك العصبية الصامتة عن اتصالات جديدة، وعندما يتم تقديم معلومات جديدة مهمة، يتم تقوية الاتصالات بين الخلايا العصبية ذات الصلة. يتيح ذلك للدماغ إنشاء ذكريات جديدة دون استبدال الذكريات المهمة المخزنة في مرحلة البلوغ نقاط الاشتباك العصبيوالتي يصعب تغييرها."
في هذه الدراسة، لم يشرع العلماء صراحةً في البحث عن المشابك العصبية الصامتة. وبدلاً من ذلك، كانوا يحققون في نتيجة رائعة من تجربة سابقة في مختبر هارنيت (مارك هارنيت، أستاذ مشارك في علوم الدماغ والإدراك). وفي تلك الدراسة، أظهر المؤلفون كيف التشعبات، التي تشبه قرون الاستشعار وتنبت من الخلايا العصبية، يمكنها معالجة المدخلات المتشابكة بشكل مختلف اعتمادًا على مكان وجودها داخل خلية عصبية واحدة.
ولتحديد ما إذا كان هذا يمكن أن يساعد في تفسير الاختلافات في سلوكهم، حاول العلماء قياس مستقبلات الناقلات العصبية في مختلف الفروع التغصنية كجزء من تلك الدراسة. لقد حققوا ذلك باستخدام طريقة تُعرف باسم IMAP (التحليل المكبر للبروتيوم الذي يحافظ على الحاتمة)، والتي ابتكرها تشونغ. تسمح هذه الطريقة بالتوسيع المادي لعينات الأنسجة، متبوعة بوضع علامات على بروتينات معينة لتوفير صور بدقة عالية للغاية.
وقال هارنيت "بينما كنا نقوم بالتصوير، توصلنا إلى اكتشاف مفاجئ. أول شيء رأيناه، والذي كان غريبًا للغاية ولم نتوقعه، هو وجود فلوبوديا في كل مكان.
Filopodia عبارة عن نتوءات غشائية رقيقة تمتد من التشعبات. وقد رآها العلماء في وقت سابق، لكن ما تفعله لا يزال غير واضح لأنها صغيرة جدًا بحيث يصعب رؤيتها باستخدام تقنيات التصوير التقليدية.
بعد هذا الاكتشاف، استخدم فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقنية IMAP للبحث عن الأرجل الخيطية في مناطق إضافية من دماغ البالغين. ولدهشتهم، اكتشفوا وجود أرجل خيطية عند مستوى أعلى بعشر مرات مما لوحظ سابقًا في القشرة البصرية للفأر ومناطق أخرى من الدماغ. بالإضافة إلى ذلك، وجدوا أن أقدام فلوبوديا تفتقر إلى مستقبلات AMPA ولكنها تمتلكها بالفعل مستقبلات NMDA، وهي مستقبلات الناقلات العصبية.
يحتوي المشبك النشط النموذجي على هذين المستقبلين، ويرتبط بالناقل العصبي الغلوتامات. تتطلب مستقبلات NMDA عادةً التعاون مع مستقبلات AMPA لتمرير الإشارات لأن أيونات المغنيسيوم تحجب مستقبلات NMDA عند إمكانات الراحة الطبيعية للخلايا العصبية. وبالتالي، عند غياب مستقبلات AMPA، فإن المشابك العصبية التي تحتوي على مستقبلات NMDA فقط لا يمكنها تمرير تيار كهربائي ويشار إليها باسم "الصامتة".
قام العلماء بتكييف الطريقة التجريبية المعروفة باسم لقط التصحيح للنظر في احتمال أن تكون هذه الأرجل الخيطية عبارة عن نقاط اشتباك عصبي صامتة. من خلال محاكاة إطلاق الناقل العصبي الغلوتامات من مكان قريب الخلايا العصبيةيمكنهم تحفيز أرجل خيطية معينة مع مراقبة النشاط الكهربائي المنتج هناك في نفس الوقت.
استخدم العلماء هذه التقنية ليجدوا أن الغلوتامات لن تولد أي إشارة كهربائية في الفيلوبوديوم الذي يستقبل المدخلات ما لم يتم إلغاء حظر مستقبلات NMDA تجريبيًا.
لاحظ العلماء ، "وهذا يدعم بقوة النظرية القائلة بأن الأرجل الخيطية تمثل نقاط الاشتباك العصبي الصامتة داخل الدماغ."
وأظهر العلماء أنه من خلال الجمع بين إطلاق الغلوتامات والتيار الكهربائي القادم من جسم الخلية العصبية، من الممكن إلغاء صمت هذه المشابك العصبية الصامتة. يؤدي هذا التحفيز المشترك إلى تراكم مستقبلات AMPA في المشبك الصامت، مما يسمح لها بتكوين اتصال قوي مع المحور العصبي القريب الذي يطلق الغلوتامات.
والحقيقة المثيرة للاهتمام هي أن تحويل هذه المشابك العصبية الصامتة إلى نقاط الاشتباك العصبي النشطة كان أسهل بكثير من تغيير المشابك العصبية الناضجة.
وقال هارنيت "إذا بدأت بمشابك عصبية فعالة بالفعل، فإن بروتوكول اللدونة هذا لن يعمل. تتمتع المشابك العصبية في الدماغ البالغ بعتبة أعلى بكثير، ربما لأنك تريد أن تكون تلك الذكريات مرنة جدًا. أنت لا تريد أن يتم الكتابة فوقها باستمرار. ومن ناحية أخرى، يمكن التقاط Filopodia لتكوين ذكريات جديدة.
"هذه الورقة، على حد علمي، هي أول دليل حقيقي على كيفية عمل ذلك في دماغ الثدييات. تسمح Filopodia لنظام الذاكرة بأن يكون مرنًا وقويًا. أنت بحاجة إلى المرونة اللازمة للحصول على معلومات جديدة، ولكنك تحتاج أيضًا إلى الاستقرار للاحتفاظ بالمعلومات المهمة.
يجري حاليًا البحث عن هذه المشابك العصبية الهادئة في أنسجة المخ البشري. بالإضافة إلى ذلك، يريدون التحقيق في كيفية تأثير الشيخوخة والأمراض التنكسية العصبية، بالإضافة إلى المتغيرات الأخرى، على عدد أو وظائف هذه المشابك العصبية.
هارنيت محمد, "من الممكن تمامًا أنه من خلال تغيير مقدار المرونة التي تتمتع بها في نظام الذاكرة، قد يصبح من الصعب جدًا تغيير سلوكياتك وعاداتك أو دمج معلومات جديدة. يمكنك أيضًا أن تتخيل العثور على بعض العوامل الجزيئية المشاركة في الأرجل الخيطية ومحاولة التلاعب ببعض هذه الأشياء لمحاولة استعادة الذاكرة المرنة مع تقدمنا في العمر.
المرجع مجلة:
- Vardalaki، D.، Chung، K. & Harnett، MT Filopodia هي ركيزة هيكلية للمشابك العصبية الصامتة في القشرة المخية الحديثة البالغة. الطبيعة، 2022 DOI: 10.1038/s41586-022-05483-6
