Millionen „stiller Synapsen“ könnten der Schlüssel zum lebenslangen Lernen sein: ScienceAlert

Neugeborene müssen schnell riesige Mengen neuer Informationen speichern, wenn sie lernen, sich in der Welt zurechtzufinden. Es wird angenommen, dass stille Synapsen – die unreifen Verbindungen zwischen Neuronen, die noch keine Neurotransmitter-Aktivität aufweisen – die Geräte sind, die diese schnelle Informationsspeicherung früh im Leben ermöglichen.

Diese potenziellen neuralen Verbindungen, die erstmals vor Jahrzehnten bei neugeborenen Mäusen entdeckt wurden, gingen vermutlich mit zunehmendem Alter der Tiere verloren. Eine kürzlich von Forschern des Massachusetts Institute of Technology in den USA durchgeführte Studie ergab, dass dieses Ausbleichen möglicherweise nicht so extrem ist wie ursprünglich angenommen.

Das Team hatte nicht vor, sich speziell mit diesen potenziellen Verbindungen zu befassen. Stattdessen setzten sie frühere Arbeiten an den Orten von neuronalen Ausläufern fort, die Dendriten genannt werden.

Sie bekamen etwas mehr, als sie erwartet hatten. Es machte nicht nur Bilder von den Dendriten, sondern auch von unzähligen winzigen fadenartigen Vorsprüngen, die aus ihnen hervorgingen, die als fadenförmige Beine bezeichnet werden.

„Das erste, was wir sahen, was sehr seltsam war, und wir hatten es nicht erwartet, waren überall sehnige Beine.“ sagen MIT-Neurowissenschaftler Mark Harnett, Erstautor des Papiers.

Normalerweise verborgen im Fluoreszenzlicht, das zur Beleuchtung der Zelle für die Bildgebung verwendet wird, verwendeten die Forscher eine proprietäre Bildgebungstechnik, die entwickelt wurde Erst letztes Jahr Die amplifizierte Analyse wird als Epitope Preservation Protein (eMAP) bezeichnet.

Dieses neue Bildgebungsverfahren verwendet ein Gel, um empfindliche Zellstrukturen und Proteine ​​an Ort und Stelle zu halten, sodass Forscher sie besser untersuchen können, während sie Gewebe manipulieren.

Viren Grün fluoreszierendes Protein wird in zwei männlichen und zwei erwachsenen Mäusen exprimiert, um die Beleuchtung von Geweben zu unterstützen, die für die Bildgebung relevant sind. Ihr primärer visueller Kortex wurde anschließend präpariert und in 1-Millimeter-Scheiben geteilt, bevor sie in eMAP-Monomer-Hydrogellösung inkubiert und zwischen Glasobjektträgern montiert wurden.

Dies gibt der eMAP-Lösung Zeit, die Zellarchitektur an Ort und Stelle zu fixieren, sodass die Forscher hochauflösende Bilder der fluoreszierenden Dendriten aufnehmen können.

Bewaffnet mit vergrößerten Bildern von 2.234 dendritischen Vorsprüngen konnten die Forscher – zum ersten Mal – sehen, dass die Gehirne erwachsener Mäuse Konzentrationen von Filopedia aufwiesen, die bei erwachsenen Mäusen nicht zu sehen waren.

Darüber hinaus haben viele Strukturen nur einen der beiden Neurotransmitter-Rezeptoren, die von einer reifen Synapse projiziert werden. Ohne die zweite wären sie praktisch „stille“ Verbindungen zwischen Neuronen.

Als nächstes fragten die Forscher, ob die stillen Synapsen der Erwachsenen aktiviert werden könnten.

Sie zeigten, dass dies möglich war, indem sie den Neurotransmitter Glutamat an den Spitzen der Filamente freisetzten und zehn Millisekunden später einen kleinen elektrischen Strom erzeugten.

Diese Aktion „lockert“ Synapsen innerhalb von Minuten, stimuliert die Ansammlung verlorener Rezeptoren und ermöglicht es den Filopodien, eine Verbindung mit benachbarten Nervenfasern herzustellen.

Diese Rezeptoren würden normalerweise durch Magnesiumionen blockiert, aber der Strom setzt sie frei, sodass die Filopodien eine Nachricht von einem anderen Neuron empfangen können.

Das Team stellte fest, dass die Aktivierung stiller Synapsen viel einfacher war als die Veränderung der Aktivität dendritischer Stacheln auf reifen Neuronen.

Forscher untersuchen nun, ob stille Synapsen im Gehirngewebe erwachsener Menschen vorhanden sind.

„Dieses Papier ist meines Wissens der erste wirkliche Beweis dafür, dass es tatsächlich so im Gehirn von Säugetieren funktioniert“, sagte Harnett. sagen.

„Filopodia ermöglicht es dem Gedächtnissystem, flexibel und robust zu sein. Sie brauchen Flexibilität, um neue Informationen zu erhalten, aber Sie brauchen auch Stabilität, um wichtige Informationen zu behalten.“

Dieses Papier ist erschienen in Natur.