Uus arusaamine peamisest aju juhtimismehhanismist

Uus arusaamine peamisest aju juhtimismehhanismist
Uus arusaamine peamisest aju juhtimismehhanismist
Anonim

REHOVOT, Iisrael – 12. jaanuar 2000 – Vaatamata enam kui sajandi pikkusele inhibeerivate neuronite uurimisele, on väga vähe teada, kuidas see väike populatsioon (10–20% aju neuronitest) oma aju kontrollivat mõju avaldab.. Aju normaalse arengu, õppimise ja mälu jaoks keskse tähtsusega pole üllatav, et inhibeerivad neuronid on seotud enamiku neuroloogiliste häiretega. Hiljutine Weizmanni teadusinstituudi uuring, mis avaldati ajakirja Science 2000. aasta jaanuarinumbris, paljastab selle inhibeeriva süsteemi ülesehituse ja funktsioonide põhiprintsiibid.

Naaberneuronite aktiivsuse taseme allasurumisega takistavad inhibeerivad neuronid (I-neuronid) ajul kiiresti kontrolli alt väljumast ülierutatud seisunditesse või täielikku epilepsiasse. Üks autismi- ja tähelepanupuudulikkusega hüperaktiivsushäiretega (ADHD) lastel esinev probleem on I-neuroni talitlushäire: nende inhibeeriv süsteem ei suru tõhus alt alla soovimatut teavet, mis takistab nende võimet teha valikuid. I-neuroni talitlushäired on seotud mäluhäiretega (nt Alzheimeri tõbi), närvitraumade ja sõltuvustega. Samuti mängib see rolli paljudes psühhiaatrilistes häiretes, nagu depressioon, obsessiiv-kompulsiivsed häired ja skisofreenia.

Varem arvasid teadlased põhimõtteliselt, et I-neuronid lihts alt pihustasid oma naabritele inhibeerivat neurotransmitterit nimega GABA. Kuid see ei selgitanud, kuidas nad pärssisid õigeid neuroneid täpselt õigel ajal ja õigel määral. Uus uuring, mis viidi läbi prof.Henry Markram Weizmanni Instituudi neurobioloogiaosakonnast näitab, kuidas nad seda saavutavad.

Neuronite rahvahulga juhtimine

Uurimisrühm leidis uut tüüpi I-neuroneid, mis näitas, et see pisike populatsioon on mitu korda mitmekesisem, kui seni arvati. Lisaks õnnestus teadlastel nende väljatöötatud uute meetodite abil otse registreerida, kuidas üksikud inhibeerivad neuronid kontrollivad oma naabreid. Nad leidsid, et I-neuronid loovad oma sihtneuronitele keerukaid sünapse (ühendusi). Sünapsid filtreerivad selektiivselt inhibeerivaid sõnumeid, võimaldades I-neuronitel vajadusel naabrite aktiivsust peatada. Need sünapsid toimivad kiiresti lülituvate "kui-siis" filtreerimisväravatena, mis võimaldavad inhibeerimist rakendada ainult täpselt millisekundil ja õigel määral.

Iga I-neuron loob keeruka kui-siis värava tuhandete naaberneuronite juurde ja on seetõttu "vastutav" nende tegevuse kontrollimise eest.Väravad võimaldavad I-neuronitel kiiresti suunata oma fookuse ükskõik millisele neuronile, millega nad on ühendatud. See geniaalne disainiprintsiip võimaldab väikesel I-neuronite rühmal avaldada nii keerukat mõju, pöörates samal ajal "isiklikku tähelepanu" iga neuroni tegevusele, millega nad on seotud.

Läbirääkimiste laua taga

Teadlased näitasid, et I-neuronite ja sihtmärkneuronite vaheline "arutelu" hõlmab otsustamist, millist tüüpi kui-siis värav tuleks seadistada, et filtreerida inhibeeriv sõnum. See otsustusprotsess võib võimaldada iga aju neuroni potentsiaalselt ainulaadsel viisil inhibeerida. See protsess, mida nimetatakse "interaktsioonipõhimõtteks", loob maksimaalse mitmekesisuse kui-siis väravate vahel, võimaldades keerukamat ja täpsemat kontrolli suure hulga neuronite üle.

Võimalik aju kaardistamise tööriist

Teadlased paljastasid I-neuronite märkimisväärse võime: nad suudavad tajuda neuroneid, millel on ajus samad funktsioonid.I-neuronid "valivad" sihtmärkneuronite rühmad, et luua sama tüüpi kui-siis väravad, võimaldades I-neuronitel kontrollida neuronite rühmi ühiselt.

See tähendab ka seda, et I-neuronid võivad "lõhnata" ajus neuroneid, mis teevad koostööd kõige elementaarsemates funktsioonides, isegi kui need tunduvad peaaegu igal muul viisil erinevad (st nad suudavad tuvastada samast neuroneid "esivanemad"). "I-neuronid suudavad jälgida neuronite sugupuid. Teisisõnu võivad nad aidata meil välja selgitada, kuidas neuronid on üksteisega seotud. See võib ühel päeval võimaldada meil kaardistada aju funktsionaalset külge vastav alt neuronite genealoogiale. – organiseerimispõhimõte, mille võimalikkust me ei osanud unistadagi,“ütleb Markram. Teadlased usuvad, et võime tuvastada ajus funktsionaalselt seotud rühmi, mida nimetatakse "homogeensuse põhimõtteks", tuleneb sihtrakkude poolt vabastatud ühistest signaalimolekulidest. I-neuronid võivad kasutada signaalimolekule, et teha kindlaks, milliseid kui-siis väravaid ehitada.Nende molekulide olemuse tuvastamiseks kavandatud tulevased uuringud võivad anda tõhusa vahendi aju funktsionaalse struktuuri kaardistamiseks.

Iisraelis Rehovotis asuv Weizmanni teadusinstituut on üks maailma tuntumaid teadusuuringute ja kraadiõppe keskusi. Selle 2500 teadlast, üliõpilast, tehnikut ja inseneri teevad alusuuringuid teadmiste otsimisel ja inimkonna edendamisel. Uued viisid haiguste ja nälja vastu võitlemiseks, keskkonna kaitsmiseks ja alternatiivsete energiaallikate kasutamiseks on Weizmanni prioriteedid.

Populaarne teema