Η κυτταρική δομή που είχε προηγουμένως συνδεθεί με ασθένεια βελτιώνει πραγματικά τη λειτουργία του εγκεφάλου

Η κυτταρική δομή που είχε προηγουμένως συνδεθεί με ασθένεια βελτιώνει πραγματικά τη λειτουργία του εγκεφάλου

Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο McGill αποκάλυψαν ότι μια δομή εγκεφαλικών κυττάρων που προηγουμένως πιστεύεται ότι είναι παθολογική, βελτιώνει την ικανότητα των κυττάρων να στέλνουν πληροφορίες καθώς και συνεργάτες με πολύ καλύτερη γνώση συγκεκριμένων θέσεων εργασίας.

Σε μια έρευνα που κυκλοφόρησε το Nature Communications, η ομάδα έλεγξε πρήγματα που συμβαίνουν στους άξονες των κυττάρων Purkinje στον εγκέφαλο. Σε αποτελέσματα που αντιτίθενται σε γνωστές παραδοχές, διαπίστωσαν ότι οι άξονες με διογκώσεις έκαναν πολύ καλύτερα καθήκοντα να εκτελούν ηλεκτρικά σήματα από αυτά χωρίς.

«Αυτά είναι τα αποτελέσματα όπου πραγματικά ξύνετε το κεφάλι σας και σκέφτεστε,« Ας το ελέγξουμε για άλλη μια φορά », λέει η ανώτερος συγγραφέας Alanna Watt, αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Τμήμα Βιολογίας. «Στην πραγματικότητα υποθέσαμε όταν ξεκινήσαμε αυτό ότι πιθανότατα θα καθορίσουμε και θα μετρήσουμε ακριβώς πώς ένας άξονας πέφτει σύντομα– κάτι που δεν είδαμε».

Τα πειραματικά δεδομένα συγχέουν τις προσδοκίες

Οίδημα σε άξονες - οι μακρές, λεπτές ίνες μέσω των οποίων τα νευρικά κύτταρα μεταδίδουν πληροφορίες σε άλλα κύτταρα - παρατηρούνται σε φυσιολογική ανάπτυξη και σε ασθένειες. Αυξημένος αριθμός αξονικών διογκωμάτων παρατηρείται σε διάφορες νευροεκφυλιστικές διαταραχές, γεγονός που οδήγησε τους επιστήμονες να πιστεύουν ότι τα διογκώματα έχουν αρνητικό αντίκτυπο στη λειτουργία του άξονα. Ενώ η μοντελοποίηση υπολογιστών υποστηρίζει αυτήν την άποψη, η ερευνητική ομάδα McGill ήταν η πρώτη που εξέτασε τη θεωρία με μετρήσεις σε πραγματικά νευρικά κύτταρα.

Χρησιμοποιώντας έναν τεχνικά προκλητικό συνδυασμό μικροσκοπίας δύο φωτονίων και ηλεκτροφυσιολογίας για τη μέτρηση της ηλεκτρικής δραστηριότητας ταυτόχρονα σε διαφορετικές τοποθεσίες εντός κυττάρων, οι ερευνητές απέδειξαν ότι η παρουσία αξονικών διογκωμάτων σε κύτταρα Purkinje ποντικού δεν είχε επιβλαβείς επιπτώσεις στον ρυθμό με τον οποίο αυτά τα κύτταρα παρήγαγαν σήματα ( το ρυθμό πυροδότησης) ή την ταχύτητα με την οποία οι άξονες μεταδίδουν τα σήματα. Αξιοσημείωτα, τα πειράματα έδειξαν επίσης ότι σε υψηλές ταχύτητες πυροδότησης οι άξονες με διογκώσεις ήταν λιγότερο πιθανό να αποτύχουν από αυτούς χωρίς.

Ο ρόλος στη νευροεκφυλιστική ασθένεια αμφισβητήθηκε

Σε μια εκπληκτική ανατροπή, οι ερευνητές του McGill διαπίστωσαν ότι ήταν σε θέση να διεγείρουν το σχηματισμό των αξονικών διογκωμάτων εισάγοντας ένα φαρμακευτικό προϊόν που εμπόδισε τη μετάδοση ηλεκτρικών σημάτων στα νευρικά κύτταρα, ειδικά στους άξονες. Η εμφάνιση αξονικών διογκωμάτων σχηματίζεται μέσα σε λίγες ώρες, όταν ο άξονας ενός νευρικού κυττάρου είχε παραβιαστεί με αυτόν τον τρόπο προκαλεί προηγούμενες υποθέσεις σχετικά με το ρόλο των αξονικών διογκωμάτων σε νευροεκφυλιστικές διαταραχές. Όπως εξηγεί ο Watt, η ανακάλυψη αφήνει περιθώρια για την πιθανότητα ότι τα διογκώματα αντιπροσωπεύουν μηχανισμό αυτο-επιδιόρθωσης και όχι επιδείνωση που προκαλείται από ασθένεια.

«Η μετάδοση πληροφοριών χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά σήματα είναι ένα από τα πιο ζωτικά σημεία που κάνει ένας άξονας», λέει. "Εάν αρχίσει να υπολείπεται σε αυτό το έργο, είναι λογικό ότι υπάρχει ένα σύστημα που προσπαθεί να το αποφύγει."

Η ανάλυση συμπεριφοράς επιβεβαιώνει τη θετική επίδραση των πρησμάτων

Εκτός από τις έρευνές τους σε κυτταρικό επίπεδο, οι ερευνητές προσπάθησαν να προσδιορίσουν τον αντίκτυπο των αξονικών πρησμάτων στη συνολική λειτουργία του εγκεφάλου. Η ομάδα χρησιμοποίησε τρεις δοκιμές που έχουν σχεδιαστεί για την εκτίμηση της κινητικής μάθησης και του συντονισμού, οι οποίοι συγκαταλέγονται στους σημαντικότερους ρόλους της παρεγκεφαλίδας. Υποστηριζόμενο από τη μοντελοποίηση για να ληφθεί υπόψη η φυσική διακύμανση μεταξύ των ατομικών μαθησιακών ικανοτήτων, τα αποτελέσματα αποκάλυψαν μια θετική συσχέτιση μεταξύ της αφθονίας των αξονικών πρησμάτων στα παρεγκεφαλικά κύτταρα Purkinje και των κινητικών μαθησιακών ικανοτήτων.

«Πιστεύουμε ότι ο διαδικτυακός σύνδεσμος είναι πιθανότατα έμμεσος», εξηγεί ο Watt. «Η γνώση πιθανότατα πραγματοποιείται αλλού, ωστόσο οι πληροφορίες μεταδίδονται με εξαιρετικά αξιόπιστο τρόπο και ως αποτέλεσμα βλέπουμε μια ανακαίνιση».