Έρευνα Εγκέφαλος: Πώς τα νευρικά κυκλώματα επιτυγχάνουν ισορροπία μεταξύ διέγερσης και αναστολής [vid]

Η αλληλεπίδραση διέγερσης και αναστολής είναι ζωτικής σημασίας για την κανονική λειτουργικότητα των νευρωνικών δικτύων. Η δυσλειτουργία τους έχει συνδεθεί με πολλές νευρολογικές και ψυχιατρικές διαταραχές, όπως η επιληψία, η νόσος του Αλτσχάιμερ και οι διαταραχές του φάσματος του αυτισμού.

Έρευνα Εγκέφαλος: Μια ομάδα ερευνητών από το Tübingen και το Ισραήλ ανακαλύπτει πώς οι εγκεφαλικές δομές μπορούν να διατηρήσουν τη λειτουργία και τη σταθερή δυναμική ακόμα και σε ασυνήθιστες συνθήκες. Τα αποτελέσματά τους μπορεί να θέσουν τις βάσεις για καλύτερη κατανόηση και θεραπεία καταστάσεων όπως η επιληψία και ο αυτισμός.

Οι νευρώνες στον εγκέφαλο συνδέονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας μικρές λειτουργικές μονάδες που ονομάζονται νευρικά κυκλώματα. Ένας νευρώνας που συνδέεται με έναν άλλο μέσω μιας σύναψης μπορεί να μεταδώσει πληροφορίες στον δεύτερο νευρώνα στέλνοντας ένα σήμα. Αυτό, με τη σειρά του, μπορεί να ωθήσει τον δεύτερο νευρώνα να μεταδώσει σήμα σε άλλους νευρώνες στο νευρικό κύκλωμα. Εάν συμβεί αυτό, ο πρώτος νευρώνας είναι πιθανώς ένας διεγερτικός νευρώνας: ένας που προκαλεί φωτιά σε άλλους νευρώνες. Όμως, οι νευρώνες με το ακριβώς αντίθετο καθήκον είναι εξίσου σημαντικοί για τη λειτουργικότητα του εγκεφάλου: ανασταλτικοί νευρώνες, οι οποίοι καθιστούν λιγότερο πιθανό ότι οι νευρώνες με τους οποίους είναι συνδεδεμένοι θα στέλνουν σήμα σε άλλους.

Η αλληλεπίδραση διέγερσης και αναστολής είναι ζωτικής σημασίας για την κανονική λειτουργικότητα των νευρωνικών δικτύων. Η δυσλειτουργία τους έχει συνδεθεί με πολλές νευρολογικές και ψυχιατρικές διαταραχές, όπως η επιληψία, η νόσος του Αλτσχάιμερ και οι διαταραχές του φάσματος του αυτισμού. Είναι ενδιαφέρον ότι το μερίδιο των ανασταλτικών νευρώνων μεταξύ όλων των νευρώνων σε διάφορες εγκεφαλικές δομές (όπως ο νεοκορτάς ή ο ιππόκαμπος) παραμένει σταθερό καθ ‘όλη τη διάρκεια ζωής ενός ατόμου στο 15-30%.

“Αυτό προκάλεσε την περιέργειά μας: πόσο σημαντικό είναι αυτό το συγκεκριμένο ποσοστό;” θυμάται η Άννα Λεβίνα, ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο Tübingen και το Ινστιτούτο Max Planck για τη Βιολογική Κυβερνητική. Μπορούν τα νευρικά κυκλώματα με διαφορετικό ποσοστό διεγερτικών και ανασταλτικών νευρώνων να λειτουργούν κανονικά; Οι συνεργάτες της από το Ινστιτούτο Επιστημών Weizmann στο Rehovot (Ισραήλ) σχεδίασαν ένα νέο πείραμα που θα επέτρεπε την απάντηση σε αυτές τις ερωτήσεις. Αυξήθηκαν καλλιέργειες που περιείχαν διαφορετικές, ακόμη και ακραίες αναλογίες διεγερτικών και ανασταλτικών νευρώνων.

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες μέτρησαν τη δραστηριότητα αυτών των τεχνητά σχεδιασμένων εγκεφαλικών ιστών. «Ήμασταν έκπληκτοι που τα δίκτυα με διάφορες αναλογίες διεγερτικών και ανασταλτικών νευρώνων παρέμεναν ενεργά, ακόμη και όταν αυτές οι αναλογίες ήταν πολύ μακριά από τις φυσιολογικές συνθήκες», εξηγεί ο Ph.D. του Levina. φοιτητής Oleg Vinogradov. “Η δραστηριότητά τους δεν αλλάζει δραματικά, αρκεί το μερίδιο των ανασταλτικών νευρώνων να παραμένει κάπου στο 10% έως 90%. “Φαίνεται ότι οι νευρολογικές δομές έχουν έναν τρόπο να αντισταθμίσουν την ασυνήθιστη σύνθεσή τους να παραμένουν σταθερές και λειτουργικές.

Έτσι φυσικά οι ερευνητές ρώτησαν στη συνέχεια: ποιος μηχανισμός επιτρέπει στον εγκεφαλικό ιστό να προσαρμόζεται σε αυτές τις διαφορετικές καταστάσεις; Οι ερευνητές θεωρούσαν ότι τα δίκτυα προσαρμόζονται προσαρμόζοντας τον αριθμό των συνδέσεων: Εάν υπάρχουν λίγοι ανασταλτικοί νευρώνες, πρέπει να αναλάβουν μεγαλύτερο ρόλο δημιουργώντας περισσότερες συνάψεις με τους άλλους νευρώνες. Αντίθετα, εάν το μερίδιο των ανασταλτικών νευρώνων είναι μεγάλο, οι διεγερτικοί νευρώνες πρέπει να το αντισταθμίσουν δημιουργώντας περισσότερες συνδέσεις.

Το θεωρητικό μοντέλο των επιστημόνων του Tübingen μπορεί να εξηγήσει τα πειραματικά ευρήματα των συναδέλφων τους στο Rehovot και να αποκαλύψει τους μηχανισμούς που βοηθούν στη διατήρηση σταθερής δυναμικής στον εγκέφαλο. Τα αποτελέσματα παρέχουν μια σαφέστερη εικόνα για το πώς διατηρείται η ισορροπία διέγερσης / αναστολής και πού αποτυγχάνει στα ζωντανά νευρικά δίκτυα. Μακροπρόθεσμα, μπορεί να είναι χρήσιμα για τον αναδυόμενο τομέα της ιατρικής ακρίβειας: Οι επαγόμενες πολυδύναμες νευρικές καλλιέργειες που προέρχονται από βλαστοκύτταρα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εύρεση μηχανισμών νευροψυχιατρικών διαταραχών και νέων φαρμάκων.

Πρωτοποριακή μελέτη αναλύει την κινητική συμπεριφορά

Σημαντική ανακάλυψη για τη λειτουργικότητα του εγκεφάλου

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος εμπνέει νέο τύπο τεχνητής νοημοσύνης

Αποκαλυπτική μελέτη για τη δραστηριότητα του εγκεφάλου

Επανασυγχρονισμός νευρώνων για τη διαγραφή της σχιζοφρένειας