2023 Autor: Bailey Leapman | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-05-20 22:44
La Jolla, CA – Salki Instituudi teadlased kirjeldasid nüüd, kuidas kaks erinevat tüüpi närvirakku, mida nimetatakse neuroniteks, toimivad koos väikestes alamvõrkudes, et anda edasi aju keerukasse arhitektuuri. just õige kogus ja õiget tüüpi sensoorset teavet.
Nature Neuroscience'i veebis avaldatud uuring kirjeldab, kuidas roti aju visuaalses ajukoores olevad teatud tüüpi inhibeerivad neuronid on ühendatud diskreetsete ergastavate neuronitega ja "vestlevad" nendega. Samuti näitavad need, kuidas see "vestlus", mille eesmärk on hoida keemiliste signaalide õiget tasakaalu, välistab sageli ümbritsevad neuronid.
"Inhibeerivad neuronid ei ole ainult pidurid, vaid neid saab kasutada ka juhtimiseks." ütles kaasautor Ed Callaway, Ph. D., Salk's Systems Neurobiology Laboratories'i dotsent. Näiteks nägemise puhul aitavad nägemiskoores inhibeerivad reaktsioonid inimestel keskenduda sellele, mida nad näha tahavad, mitte kõigele, mida näha on, selgitas ta.
See uus uuring täiendab pilti sellest, kuidas aju on organiseeritud "nutikateks" tõhusateks võrkudeks, ja teadlased loodavad, et selle keeruka konstruktsiooni üksikasjad võivad ühel päeval paljastada selliste neuroloogiliste haiguste nagu skisofreenia juured.
"Me teame juba, et skisofreenia on probleem neuronite inhibeerivate ahelate organiseerimisel, ja nüüd avastame, kuidas need spetsiaalsed närvirakud töötavad koos ja teiste neuronitega," selgitas Callaway.
"Kui mõistame aju järjest peenemas eraldusvõimes, saame siis jälgida, mis juhtub, kui need närviahelad on valesti ühendatud," lisas ta.
Nature Neuroscience'i aruanne on Callaway ja esimese autori Yumiko Yoshimura (nii Salki kui ka Jaapani Nagoya ülikooli esindaja) viimane avaldatud uuring, mis paljastab, kuidas ajukoores olevad neuronid on täpselt ühendatud mõtte ja taju edasiandmiseks..
Ajukoor on volditud kude, mis näeb välja nagu lillkapsa väliskülg, kuid mille kogupindala inimestel on väljavenituna umbes viis jalga. Ajukoor on jagatud suurteks erifunktsiooniga piirkondadeks, nagu motoorne ja visuaalne ajukoor, kuid on ka peenemas skaalas jaotatud vertikaalseteks "funktsionaalseteks veergudeks" ajukoore 0,05-tollise paksuse piires.
1960. aastate uuringud näitasid, et need veerud sisaldavad sarnaste funktsioonidega ajurakke, mis viitab sellele, et "sarnaselt mõtlevad" neuronid tuleb funktsiooni täitmiseks ühendada. Suuremates piirkondades tehtud ülesannete arvessevõtmiseks eeldasid teadlased, et nende sammaste funktsioon varieerus kogu ajukoore pinnal sujuv alt. Hilisemad uuringud näitasid, et kõik kuuest ajukoore kihist on ühendatud ka eraldiseisvateks ahelateks.
Kuid Callaway ja Yoshimura katsetasid valitsevat sammasfunktsiooni mõistet, töötades välja eksperimentaalse meetodi, mis kasutas klaasist mikroelektroode, et "kuulada" korraga kahte neuronit. Nad kasutasid rotte, kelle ajukorraldus peegeldab inimese oma, ja tükeldasid vooluringide säilitamiseks väikesed vertikaalsed viilud. Peente klaaspipettide abil salvestasid nad üksikutes elus neuronites pisikesi impulsse ja kuulasid nende reaktsioone, kui teisi neuroneid optiliselt stimuleeriti. Kui impulsid toimusid mõlemas neuronis täpselt samadel aegadel, viitas see sellele, et mõlemal oli sama sisend.
Salki teadlased leidsid, et tuhanded naaberneuronid, mis moodustavad need veerud, ei ole samad ja sageli ei suhtle nad üksteisega otse. Veebruaris teatasid nad ajakirjas Nature, kuidas ergastavad neuronid organiseeriti alamvõrkudeks, mis leiti samas veerus, kuid millel polnud midagi pistmist teiste läheduses olevate rakkudega.
See tähendas, et aju vooluring on organiseeritud palju peenem skaalal, kui varem kahtlustati. Callaway selgitas, et see on loogiline, sest neuroteadlased olid hämmingus, miks on sama ajuosas vaja sama funktsiooni täitmiseks nii palju neuroneid.
"Aga kui mõistate, et ajus on kümme korda rohkem neuronite alamhulka, teeb see kümme korda rohkem arvutusi ja on palju targem," märkis ta.
Selles uuringus püüdsid Callaway ja Yoshimura uurida võrgustikke, mis ühendavad ergastavaid ja inhibeerivaid neuroneid. Need neuronid töötavad otseselt üksteisega, et kujundada vastuseid stiimulitele. Callaway ütleb, et selline "ei ole" interaktsioon on vajalik, vastasel juhul võib keemiliste signaalide positiivne tagasiside neuronite sünapsides põhjustada hulgaliselt häireid, sealhulgas epilepsiat.
Nad mõõtsid samaaegselt aktiivsust nii spetsiifilist tüüpi inhibeerivas neuronis, mida nimetatakse kiireks hüppamiseks, kui ka naabruses asuvas ergastavas neuronis. Seejärel stimuleerisid nad üht või teist neuronit ja mõõtsid vastuseid teises neuronis. Nad leidsid, et ühendused kiiresti arenevatest neuronitest olid kuus korda tugevamad, kui mõlemad rakud olid omavahel ühendatud, kui siis, kui eksisteeriks ainult ühesuunaline inhibeeriv ühendus. "See näitas, et neuronid inhibeerisid peamiselt ainult neid rakke, mis seda ergastavad, ja see ütleb meile, et spetsiifilisus nendes peenskaalalistes ahelates." Seejärel näitasid nad kahel viisil, et need kahesuunaliste ühendustega neuronite paarid kuulusid samasse peenestatavasse alamvõrku. "See tähendab, et inhibeerivad ahelad võivad täpselt mõjutada ka valitud alamvõrkude aktiivsust."
Callaway ütleb, et uuring näitab, et neuroteadlased "tõmbuvad rakutüübi spetsiifilisuse tõeliste mutrite ja poltide juurde, mis tähendab, et erinevat tüüpi neuronitel on erinev funktsioon, nagu ka erinevad vererakud täidavad erinevaid rolle," ütles ta."Meid ei rahulda enam lihts alt öelda, mis ajupiirkonnas toimub. See on palju keerulisem _ ja huvitavam _ kui see."
