تا همین اواخر، تصور می شد که سیناپس های آرام تنها در مراحل اولیه رشد مغز زمانی وجود دارند که به مغز در جذب اطلاعات جدید کمک می کنند. با این حال، جدیدترین MIT مطالعه نشان داد که حدود 30 درصد از تمام سیناپس ها در قشر مغز موش های بالغ خاموش هستند. دانشمندان همچنین دریافتند که این سیناپس‌های خاموش تا زمانی که برای کمک به کار گرفته نشده‌اند، غیرفعال می‌مانند خاطرات جدید را تشکیل دهند.
این سیناپس‌های بی‌صدا ممکن است بینشی در مورد اینکه چگونه مغز بزرگسال می‌تواند فراهم کند به طور مداوم خاطرات جدید ایجاد کنید و بدون نیاز به تغییر سیناپس های مرسوم قدیمی خود، اطلاعات جدیدی به دست آورید.
دیمیترا واردالاکی، دانشجوی کارشناسی ارشد MIT و نویسنده اصلی این مطالعه جدید، گفت: این سیناپس‌های خاموش به دنبال اتصالات جدید هستند و زمانی که اطلاعات مهم جدید ارائه می‌شود، ارتباطات بین نورون‌های مربوطه تقویت می‌شود. این به مغز اجازه می دهد تا بدون بازنویسی خاطرات مهم ذخیره شده در بزرگسالان، خاطرات جدیدی ایجاد کند سیناپس، که تغییر آنها سخت تر است."
در این مطالعه، دانشمندان صراحتاً به دنبال سیناپس های خاموش نبودند. در عوض، آنها در حال بررسی یک نتیجه جذاب از یک آزمایش قبلی در آزمایشگاه هارنت (مارک هارنت، دانشیار علوم مغز و شناختی) بودند. در آن مطالعه، نویسندگان نشان دادند که چگونه دندریت هاکه شبیه آنتن‌ها هستند و از نورون‌ها سرچشمه می‌گیرند، می‌توانند ورودی سیناپسی را بسته به جایی که در یک نورون واحد قرار دارند، متفاوت پردازش کنند.
برای تعیین اینکه آیا این می تواند به توضیح تغییرات در رفتار آنها کمک کند، دانشمندان تلاش کردند تا گیرنده های انتقال دهنده عصبی را در شاخه های مختلف دندریتیک به عنوان بخشی از آن مطالعه کمیت کنند. آنها با استفاده از روشی به نام IMAP (تحلیل بزرگ‌نمایی پروتئوم با حفظ اپی توپ)، که چانگ ایجاد کرد، به این امر دست یافتند. این روش امکان انبساط فیزیکی نمونه‌های بافت را فراهم می‌کند و به دنبال آن پروتئین‌های خاصی را برچسب‌گذاری می‌کند تا تصاویری با وضوح بسیار بالا ارائه کند.
هارنت گفت، زمانی که مشغول تصویربرداری بودیم، به کشف شگفت انگیزی دست یافتیم. اولین چیزی که دیدیم، که فوق العاده عجیب بود و انتظارش را نداشتیم، فیلوپودیا در همه جا بود.»
فیلوپودیا برآمدگی های غشایی نازکی هستند که از دندریت ها خارج می شوند. دانشمندان قبلاً آنها را دیده بودند، اما کاری که آنها انجام می دهند نامشخص است زیرا آنها به قدری کوچک هستند که با استفاده از تکنیک های تصویربرداری سنتی دیدن آنها دشوار است.
به دنبال این کشف، تیم MIT از فناوری IMAP برای جستجوی فیلوپودیا در مناطق اضافی مغز بزرگسالان استفاده کرد. در کمال تعجب آنها فیلوپودیا را در سطحی 10 برابر بیشتر از آنچه قبلاً در قشر بینایی موش و سایر نواحی مغز مشاهده شده بود، کشف کردند. علاوه بر این، آنها دریافتند که فیلوپودیا فاقد گیرنده های AMPA است اما دارای گیرنده های AMPA است گیرنده های NMDAکه گیرنده های انتقال دهنده عصبی هستند.
یک سیناپس فعال معمولی هر دوی این گیرنده ها را دارد که به انتقال دهنده عصبی گلوتامات متصل می شوند. گیرنده‌های NMDA معمولاً برای ارسال سیگنال‌ها نیاز به همکاری با گیرنده‌های AMPA دارند زیرا یون‌های منیزیم گیرنده‌های NMDA را در پتانسیل استراحت طبیعی نورون‌ها مسدود می‌کنند. بنابراین، وقتی گیرنده‌های AMPA وجود نداشته باشند، سیناپس‌هایی که فقط گیرنده‌های NMDA دارند، نمی‌توانند در امتداد جریان الکتریکی عبور کنند و به آنها «بی‌صدا» می‌گویند.
دانشمندان روش آزمایشی معروف به پچ گیره را برای بررسی احتمال اینکه این فیلوپودیا سیناپس های خاموش هستند، اقتباس کردند. با شبیه سازی آزادسازی انتقال دهنده عصبی گلوتامات از نزدیکی یاخته عصبیآنها می توانند فیلوپودیای خاصی را تحریک کنند و همزمان فعالیت الکتریکی تولید شده در آنجا را زیر نظر بگیرند.
دانشمندان از این تکنیک برای یافتن اینکه گلوتامات هیچ سیگنال الکتریکی در فیلوپودیوم دریافت کننده ورودی تولید نمی کند، استفاده کردند، مگر اینکه گیرنده های NMDA به طور آزمایشی مسدود شده باشند.
دانشمندان خاطرنشان کردند، این به شدت از این نظریه حمایت می کند که فیلوپودیا سیناپس های خاموش را در مغز نشان می دهد.
دانشمندان نشان دادند که با ترکیب آزادسازی گلوتامات با جریان الکتریکی که از بدن نورون می آید، می توان این سیناپس های خاموش را خاموش کرد. این تحریک ترکیبی منجر به تجمع گیرنده‌های AMPA در سیناپس خاموش می‌شود و به آن اجازه می‌دهد ارتباط قوی با آکسون مجاور آزادکننده گلوتامات ایجاد کند.
واقعیت جالب این است که تبدیل این سیناپس های خاموش به سیناپس های فعال بسیار ساده تر از تغییر سیناپس های بالغ بود.
هارنت گفت، «اگر با یک سیناپس از قبل کاربردی شروع کنید، آن پروتکل پلاستیسیته کار نمی کند. سیناپس‌ها در مغز بزرگسالان آستانه بسیار بالاتری دارند، احتمالاً به این دلیل که می‌خواهید آن خاطرات بسیار انعطاف‌پذیر باشند. شما نمی خواهید آنها دائماً بازنویسی شوند. از سوی دیگر، Filopodia را می توان برای شکل دادن به خاطرات جدید گرفت.
تا آنجا که من می دانم، این مقاله اولین شواهد واقعی از نحوه عملکرد آن در مغز پستانداران است. Filopodia به سیستم حافظه اجازه می دهد تا هم انعطاف پذیر و هم قوی باشد. شما برای به دست آوردن اطلاعات جدید به انعطاف پذیری نیاز دارید، اما برای حفظ اطلاعات مهم به ثبات نیاز دارید.
جستجو برای این سیناپس های آرام در بافت مغز انسان در حال حاضر در حال انجام است. علاوه بر این، آنها می خواهند بررسی کنند که چگونه پیری و بیماری های عصبی و همچنین سایر متغیرها ممکن است بر تعداد یا عملکرد این سیناپس ها تأثیر بگذارند.
هارنت گفت:, کاملاً ممکن است که با تغییر میزان انعطافی که در یک سیستم حافظه دارید، تغییر رفتارها و عادات شما یا ترکیب اطلاعات جدید بسیار دشوارتر شود. همچنین می‌توانید تصور کنید که برخی از بازیکنان مولکولی را که در فیلوپودیا دخیل هستند پیدا کنید و سعی کنید با دستکاری برخی از آن چیزها سعی کنید با افزایش سن، حافظه انعطاف‌پذیر را بازیابی کنید.
مرجع مجله:
- واردالاکی، دی، چانگ، کی و هارنت، ام تی فیلوپودیا یک بستر ساختاری برای سیناپس‌های خاموش در نئوکورتکس بالغ هستند. طبیعت، 2022 DOI: 10.1038/s41586-022-05483-6
