עד לאחרונה חשבו שסינפסות שקטות נמצאות רק בשלבים המוקדמים של התפתחות המוח כשהן סייעו למוח בהטמעת מידע חדש. עם זאת, האחרון MIT מחקר מצא שכ-30% מכל הסינפסות בקליפת המוח של עכברים בוגרים שותקות. מדענים מצאו גם שהסינפסות השקטות הללו נשארות לא פעילות עד שהן מגויסות לעזור ליצור זיכרונות חדשים.
הסינפסות השקטות הללו עשויות לספק תובנה כיצד המוח הבוגר יכול ליצור זכרונות חדשים ללא הרף ולרכוש מידע חדש מבלי צורך לשנות את הסינפסות הקונבנציונליות הישנות שלו.
דימיטרה ורדלאקי, סטודנטית לתואר שני ב-MIT והמחברת הראשית של המחקר החדש, אמרה, "הסינפסות השקטות הללו מחפשות קשרים חדשים, וכאשר מוצג מידע חדש וחשוב, הקשרים בין הנוירונים הרלוונטיים מתחזקים. זה מאפשר למוח ליצור זיכרונות חדשים מבלי לדרוס את הזיכרונות החשובים המאוחסנים בבגרות סינפסות, שקשה יותר לשנות."
במחקר זה, מדענים לא יצאו במפורש לחפש סינפסות שקטות. במקום זאת, הם חקרו תוצאה מרתקת מניסוי קודם במעבדה של הארנט (מארק הארנט, פרופסור חבר למדעי המוח והקוגניציה). במחקר זה הראו המחברים כיצד דנדריטים, אשר דומים לאנטנות ונבטים מתאי עצב, יכולים לעבד קלט סינפטי בצורה שונה בהתאם למקום שבו הם ממוקמים בתוך נוירון בודד.
כדי לקבוע אם זה יכול לעזור להסביר את השונות בהתנהגותם, המדענים ניסו לכמת את קולטני הנוירוטרנסמיטר בענפים דנדריטים שונים כחלק מהמחקר הזה. הם השיגו זאת באמצעות שיטה המכונה IMAP (אנליזה מוגברת של הפרוטאומה משמרת אפיטופים), שצ'ונג יצר. שיטה זו מאפשרת הרחבה פיזית של דגימות רקמה, ולאחר מכן תיוג חלבונים ספציפיים כדי לספק תמונות ברזולוציה גבוהה במיוחד.
הארנט אמר, "בזמן שעשינו הדמיה, גילינו תגלית מפתיעה. הדבר הראשון שראינו, שהיה סופר מוזר ולא ציפינו, היה פילופודיה בכל מקום”.
פילופודיה הן בליטות קרום דקות הנמשכות מדנדריטים. מדענים ראו אותם קודם לכן, אבל מה שהם עושים עדיין לא ברור מכיוון שהם כל כך זעירים עד שקשה לראות אותם באמצעות טכניקות הדמיה מסורתיות.
בעקבות גילוי זה, צוות MIT השתמש בטכנולוגיית IMAP כדי לחפש פילופודיה באזורי מוח נוספים של מבוגרים. לתדהמתם, הם גילו פילופודיה ברמה גבוהה פי 10 ממה שנצפה בעבר בקליפת העין של העכבר ובאזורים אחרים במוח. בנוסף, הם גילו שלפילופודיה היו חסרים קולטני AMPA אבל כן קולטני NMDA, שהם קולטנים של נוירוטרנסמיטר.
לסינפסה פעילה טיפוסית יש את שני הקולטנים הללו, הנקשרים לנוירוטרנסמיטר גלוטמט. קולטני NMDA דורשים בדרך כלל שיתוף פעולה עם קולטני AMPA כדי להעביר אותות מכיוון שיוני מגנזיום חוסמים קולטני NMDA בפוטנציאל המנוחה הרגיל של נוירונים. לפיכך, כאשר חסרים קולטני AMPA, סינפסות שיש להן רק קולטני NMDA אינן יכולות לעבור לאורך זרם חשמלי והן מכונות "שקטות".
המדענים התאימו את שיטת הניסוי המכונה הצמדת טלאים כדי לבדוק את האפשרות שהפילופודיות הללו הן סינפסות שקטות. על ידי הדמיית שחרור הנוירוטרנסמיטר גלוטמט ממקום סמוך תא עצב, הם יכלו לעורר פילופודיה ספציפית תוך ניטור בו-זמנית של הפעילות החשמלית המופקת שם.
מדענים השתמשו בטכניקה כדי לגלות שגלוטמט לא יפיק שום אות חשמלי בפילופודיום שמקבל את הקלט, אלא אם כן קולטני ה-NMDA בוטלו בניסוי.
מדענים ציינו, "זה תומך מאוד בתיאוריה לפיה פילופודיה מייצגת סינפסות שקטות בתוך המוח."
על ידי שילוב של שחרור גלוטמט עם זרם חשמלי המגיע מגוף הנוירון, אפשר לבטל את השתיקה של הסינפסות השקטות הללו, כך הראו מדענים. הגירוי המשולב הזה מוביל להצטברות של קולטני AMPA בסינפסה השקטה, מה שמאפשר לו ליצור קשר חזק עם האקסון הסמוך המשחרר גלוטמט.
העובדה המעניינת היא שהמרת הסינפסות השקטות הללו לסינפסות פעילות הייתה הרבה יותר קלה מאשר לשנות סינפסות בוגרות.
הארנט אמר, "אם אתה מתחיל עם סינפסה שכבר מתפקדת, פרוטוקול הפלסטיות הזה לא עובד. לסינפסות במוח הבוגר יש סף הרבה יותר גבוה, כנראה בגלל שאתה רוצה שהזיכרונות האלה יהיו די גמישים. אתה לא רוצה שהם כל הזמן יוחלפו. פילופודיה, לעומת זאת, יכולה להיתפס כדי ליצור זיכרונות חדשים".
"המאמר הזה הוא, עד כמה שידוע לי, העדות האמיתית הראשונה לאופן פעולתו במוח של יונקים. Filopodia מאפשרת למערכת זיכרון להיות גמישה וחזקה כאחד. אתה צריך את הגמישות כדי לרכוש מידע חדש אבל גם יציבות כדי לשמור על המידע החשוב."
החיפוש אחר סינפסות שקטות אלה ברקמת המוח האנושית מתבצע כעת. בנוסף, הם רוצים לחקור כיצד הזדקנות ומחלות ניווניות עצביות, כמו גם משתנים אחרים, עשויים להשפיע על מספר או תפקודן של סינפסות אלו.
הארנט אמר, "ייתכן בהחלט שעל ידי שינוי כמות הגמישות שיש לך במערכת זיכרון, זה יכול להיות הרבה יותר קשה לשנות את ההתנהגויות וההרגלים שלך או לשלב מידע חדש. אתה יכול גם לדמיין למצוא כמה מהשחקנים המולקולריים שמעורבים בפילופודיה ולנסות לתמרן כמה מהדברים האלה כדי לנסות לשחזר זיכרון גמיש ככל שאנו מתבגרים".
עיון ביומן:
- Vardalaki, D., Chung, K. & Harnett, MT Filopodia הם מצע מבני לסינפסות שקטות בניאוקורטקס בוגר. טבע2022 DOI: 10.1038/s41586-022-05483-6
