File Photo: Ανατρέπεται η υπάρχουσα θεωρία για τη λειτουργία των εγκεφαλικών κυττάρων από νέα έρευνα επιστημόνων του ΙΤΕ. Photo: Go to Josh Riemer’s profile Josh Riemer @joshriemer via Unsplash.com
Φως στη λειτουργία των εγκεφαλικών κυττάρων, ρίχνουν ερευνητές του ΙΤΕ, θέτοντας υπό αμφισβήτηση την υπάρχουσα θεωρία μέσα από μία νέα που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications.
Το αποτέλεσμα της έρευνας «φωτίζει» τον τρόπο λειτουργίας των ενδονευρώνων ταχείας πυροδότησης, ενός τύπου ανασταλτικών νευρώνων στον εγκέφαλό μας και αποκαλύπτει τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα αυτά ενσωματώνουν τα ερεθίσματα που δέχονται με τη χρήση πολύπλοκων, μη γραμμικών υπολογισμών στους δενδρίτες τους, αποτέλεσμα που προσβάλλει την υπάρχουσα θεωρία που θέλει τους ενδονευρώνες να έχουν απλούς, γραμμικούς δενδρίτες.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο Nature Communications με τίτλο: «Αμφισβητώντας το δόγμα του σημειακού νευρώνα: Οι ενδονευρώνες ταχείας πυροδότησης ως μη γραμμικά νευρωνικά δίκτυα».
Όπως εξηγούν οι ερευνητές του ΙΤΕ, η υποψήφια διδάκτορας Αλεξάνδρα Τζιλιβάκη και ο μεταδιδακτορικός συνεργάτης Δρ. Γιώργος Καστελάκης, που πραγματοποίησαν την έρευνα υπό την επίβλεψη της Δρ. Παναγιώτας Ποϊράζη, διευθύντριας Ερευνών IMBBΙΤΕ, για δεκαετίες, οι ερευνητές υπέθεταν ότι οι ενδονευρώνες απλά άθροιζαν τα εισερχόμενα ερεθίσματα που δέχονταν και, εφόσον το αποτέλεσμα ήταν αρκετά ισχυρό, πυροδοτούνταν μεταφέροντας έτσι το μήνυμα στα επόμενα κύτταρα. Η θεώρηση αυτή οδήγησε στο δόγμα του «σημειακού νευρώνα», δηλαδή, εκείνου που απλώς αθροίζει τα ερεθίσματα που λαμβάνει χωρίς να τα επηρεάζει – ως εκ τούτου αναπαρίστανται «σημειακά», δηλαδή, σαν ένα απλό σημείο. Πρόσφατα πειραματικά ευρήματα, ωστόσο, αναφέρουν μη γραμμικά δενδριτικά γεγονότα σε πολλούς τύπους ενδονευρώνων, υποδηλώνοντας ότι τα κύτταρα αυτά πιθανά να είναι κάτι παραπάνω από σημειακά.
Οι ενδονευρώνες είναι η κύρια κατηγορία ανασταλτικών κυττάρων στον εγκέφαλο των θηλαστικών (ανασταλτικοί νευρώνες είναι τα φρένα του εγκεφάλου: καταστέλλουν τη νευρική δραστηριότητα των κυττάρων με τα οποία συνδέονται). Οι ενδονευρώνες διακρίνονται για την εξαιρετική ποικιλομορφία τους, τόσο στη δομή όσο και στη μοριακή και πρωτεϊνική τους σύνθεση. Παρά τη χαρακτηριστική τους πολυπλοκότητα και ανομοιογένεια, τα κύτταρα αυτά θεωρούνταν μέχρι σήμερα ως απλοί ελεγκτές της διεγερσιμότητας των νευρικών κυκλωμάτων, με στόχο την ομαλή λειτουργία του εγκεφάλου.
Τα μοντέλα χρησιμοποιήθηκαν για να μελετήσουν οι ερευνητές το πώς οι δενδρίτες επεξεργάζονται τα ερεθίσματα που δέχονται και τον τρόπο με τον οποίο η επεξεργασία αυτή θα μπορούσε να ενισχύσει τη συμβολή των κυττάρων αυτών σε διαδικασίες μνήμης και μάθησης. Τα υπολογιστικά μοντέλα που αναπτύχθηκαν περιλάμβαναν:
Το πρώτο ενδιαφέρον εύρημα ήταν ότι σε όλα τα μοντέλα που δοκιμάστηκαν, και στις δύο περιοχές του εγκεφάλου, οι ενδονευρώνες ταχείας πυροδότησης είχαν δύο είδη μη γραμμικών δενδριτών. Εκείνους που μπορούσαν να ενισχύσουν τα εισερχόμενα ερεθίσματα (υπερ-γραμμικοί) και αυτούς που μπορούσαν να τα καταστείλουν (υπο-γραμμικοί).
Σύμφωνα με τη νέα θεωρία, οι συγκεκριμένοι ενδονευρώνες λειτουργούν ως δύο επιπέδων νευρωνικά δίκτυα με κόμβους αντίστοιχους των δενδριτικών ιδιοτήτων τους. Το αναπάντεχο αυτό εύρημα, όπως τονίζεται από τους ερευνητές του ΙΤΕ, θέτει υπό αμφισβήτηση τη μέχρι προσφάτως αποδεκτή θεωρία ότι οι ενδονευρώνες ταχείας πυροδότησης λειτουργούν ως απλά σημειακά κύτταρα, χωρίς δενδριτική επεξεργασία των ερεθισμάτων τους.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα υπολογιστικό νευρικό μικροκύκλωμα, που χρησιμοποιήθηκε για να δημιουργήσει απλές μνήμες, και μελέτησαν τον τρόπο με τον οποίο οι ενδονευρώνες συμβάλλουν στη δημιουργία τους. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι μη γραμμικοί δενδρίτες των ενδονευρώνων ταχείας πυροδότησης μπορούν να ενισχύσουν σημαντικά τη δημιουργία και παγίωση μνημών.
ΑΠΕ-ΜΠΕ, του ανταποκριτή Μ. Λαμπαθάκη
Υγιεινή ζωή στα 50 – μικρότερος κίνδυνος για Αλτσχάιμερ στα 80, δείχνει νέα έρευνα