Natukoy ng mga mananaliksik ang isang bagong mekanismo ng neuroplasticity na naka-link sa pag-aaral at memorya

Ang mga neuron ay mahalaga, ngunit hindi lamang sila ang mga manlalaro sa proseso. Sa katunayan, ito ay ang "cartilage" sa anyo ng mga kumpol ng extracellular matrix molecule na tinatawag na chondroitin sulfates na matatagpuan sa labas ng nerve cells na gumaganap ng mahalagang papel sa kakayahan ng utak na kumuha at mag-imbak ng impormasyon.

Ang isang pag-aaral na inilathala sa journal Cell Reports ay naglalarawan ng isang bagong mekanismo para sa plasticity ng utak, o kung paano nagbabago ang mga koneksyon sa neural bilang tugon sa panlabas na stimuli. Ang papel ay pinamagatang "Focal Clusters of the Perisynaptic Matrix Promote Activity-Dependent Plasticity and Memory in Mice."

Ang gawaing ito ay resulta ng pakikipagtulungan sa pagitan ng Harvard Medical School, University of Trento at ng German Center for Neurodegenerative Diseases (DZNE) sa Magdeburg.

"Ang mga kasanayan sa pandama at ang kakayahang maunawaan ang ating kapaligiran ay nakasalalay sa aktibidad ng utak, na nagpapahintulot sa amin na makita at maproseso ang mga stimuli mula sa labas ng mundo. Sa pamamagitan ng ating utak, nakakakuha tayo at nag-iimbak ng bagong impormasyon, pati na rin ang pag-alala ng impormasyon na natutunan na natin," sabi ni Yuri Bozzi at Gabriele Cellini.

"Ang kamangha-manghang kababalaghan na ito ay naging posible sa pamamagitan ng kakayahan ng utak na patuloy na baguhin ang istraktura at pagiging epektibo ng mga koneksyon sa neural (synapses) bilang tugon sa panlabas na stimuli. Ang kakayahang ito ay tinatawag na synaptic plasticity. Ang pag-unawa kung paano nangyayari ang mga pagbabago sa synaptic at kung paano sila nag-aambag sa pag-aaral at memorya ay isa sa mga pangunahing hamon sa neuroscience."

Si Yuri Bozzi ay isang propesor sa Unibersidad ng Trento at co-lead author ng papel. Si Gabriele Cellini ang unang may-akda ng pag-aaral. Nagsimulang magtrabaho si Cellini sa proyektong ito noong 2017 bilang isang postdoctoral fellow sa lab ng Sabina Berretta (McLean Hospital at Harvard Medical School, Boston) at nakumpleto ang siyentipikong publikasyon habang nagtatrabaho bilang isang postdoctoral fellow sa lab ni Bozzi sa Unibersidad ng Trento.

Sa gitna ng pag-aaral ay ang chondroitin sulfates, mga molekula na kilala sa kanilang papel sa mga joints na gumaganap din ng mahalagang function sa plasticity ng utak, bilang mahalagang bahagi ng extracellular matrix ng utak, na orihinal na natuklasan ng grupo ni Dr. Alexander Dityatev noong 2001.

Noong 2007, inilarawan ng isang pag-aaral sa Hapon ang pagkakaroon ng mga kumpol ng chondroitin sulfate, bilog sa hugis at nakakalat na tila random sa buong utak. Nakalimutan ang gawain, gayunpaman, hanggang sa ibinalik ng translational neuroscience lab ni Sabina Berretta ang mga istruktura sa pang-agham na spotlight sa pamamagitan ng pagpapalit ng pangalan sa mga ito na CS-6 clusters (para sa chondroitin sulfate-6, na tumutukoy sa kanilang tumpak na komposisyon ng molekular) at nagpapakita na ang mga istruktura ay nauugnay sa mga glial cell at lubhang nababawasan sa utak ng mga taong may psychotic disorder.

Pagkatapos, noong 2017, si Gabriele Cellini, na bagong natanggap sa lab ni Berretta, ay inatasan sa pag-alis ng takip sa paggana ng mga kumpol na ito.

"Una naming sinuri ang mga istrukturang ito nang detalyado, imaging ang mga ito sa napakataas na resolution. Nalaman namin na ang mga ito ay mahalagang mga kumpol ng CS-6-coated synapses na nakaayos sa isang malinaw na nakikilalang geometric na hugis. Pagkatapos ay nakilala namin ang isang bagong uri ng synaptic na organisasyon, "sabi ng mga siyentipiko.

"Sa puntong ito kailangan naming makakuha ng isang maliit na 'pang-eksperimentong creative'; gamit ang isang kumbinasyon ng pag-uugali, molekular at sopistikadong morphological approach, napagtanto namin na ang mga compound na ito na naka-encapsulated sa CS-6 clusters ay nagbabago bilang tugon sa electrical activity sa utak."

"Sa wakas, salamat sa pakikipagtulungan kay Alexander Dityatev mula sa DZNE Magdeburg at sa mga pagsisikap ni Hadi Mirzapurdelawar mula sa kanyang grupo, binawasan namin ang pagpapahayag ng CS-6 sa hippocampus (ang rehiyon ng utak na responsable para sa spatial na pag-aaral) at ipinakita na ang pagkakaroon ng CS-6 ay kinakailangan para sa synaptic plasticity at spatial na memorya," Bozzi at Cellini point.

"Ang gawaing ito ay nagbibigay daan para sa isang bagong paraan ng pagtingin sa pag-andar ng utak. Posible na ang lahat ng mga synapses na nabuo sa iba't ibang mga neuron sa loob ng mga kumpol ng CS-6 ay may kakayahang tumugon nang sama-sama sa mga partikular na panlabas na stimuli at lumahok sa isang karaniwang pag-andar na naglalayong pag-aaral at mga proseso ng memorya, "tala nila.

"Lumilitaw silang kumakatawan sa isang bagong substrate para sa pagsasama-sama ng impormasyon at pagbuo ng asosasyon sa antas ng multicellular," idinagdag ni Dityatev at Berretta.

Ang gawaing ito ay resulta ng pakikipagtulungan sa pagitan ng ilang laboratoryo, kabilang ang Translational Neuroscience Laboratory (Sabina Berretta; McLean Hospital - Harvard Medical School, Boston), ang Neurodevelopmental Disorders Research Laboratory (Yuri Bozzi; CIMeC - Interdisciplinary Center for Brain Science, University of Trento) at ang Molecular Neuroplasticity Laboratory (Alexander DNE Magdeburger).