Το νέο Worm Connectome αποκαλύπτει τα μυστικά της νευρωνικής δραστηριότητας!

Το νέο Worm Connectome αποκαλύπτει τα μυστικά της νευρωνικής δραστηριότητας!

Υπάρχουν πάντα νέες, συναρπαστικές ανακαλύψεις στον κόσμο της νευροεπιστήμης. Μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη εξετάζει το σκουλήκι Caenorhabditis elegans για να ρίξει φως στις πολύπλοκες σχέσεις μεταξύ της δομής του εγκεφάλου και της νευρωνικής δραστηριότητας. Αυτά τα μικρά ζώα κέντρισαν το ενδιαφέρον των ερευνητών το 1986, όταν δημιουργήθηκε ο πρώτος χάρτης όλων των συναπτικών συνδέσεων. Αλλά όπως αναφέρει ο The Transmitter, αποδεικνύεται ότι υπάρχουν ακόμη πολλά ερωτήματα που πρέπει να απαντηθούν.

Η πρόκληση της σύνδεσης της ανατομίας με τη λειτουργία αποδεικνύεται κάθε άλλο παρά εύκολη. Τα μοντέλα νευρωνικής δραστηριότητας που βασίζονται σε υπάρχουσες συνδέσεις δεν συμφωνούν πάντα με τις παρατηρήσεις της εγκεφαλικής δραστηριότητας σε ζωντανά σκουλήκια. Κάτι παρόμοιο βρέθηκε επίσης σε ποντίκια και μύγες φρούτων, όπου παρατηρήθηκαν «σιωπηλές» συνάψεις και απροσδόκητες κυτταρικές αποκρίσεις. Νέες προεκτυπώσεις που διερευνούν τους μηχανισμούς πίσω από αυτά τα φαινόμενα δείχνουν ότι τα περισσότερα χαρακτηριστικά δικτύου στο C. elegans δεν διατηρούνται μεταξύ ανατομικών και λειτουργικών χαρτών.

Η νέα κατανόηση του C. elegans

Οι πρόσφατες εκδόσεις είναι πραγματικά χάρτες. Αναπτύχθηκε ένα μοντέλο δυναμικών συστημάτων που προσομοιώνει τη νευρωνική δραστηριότητα στο σύνδεσμο του C. elegans. Αυτό το μοντέλο λαμβάνει υπόψη όχι μόνο τις συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων, αλλά και τη δική τους προηγούμενη δραστηριότητα. Αυτά τα ευρήματα έδειξαν ότι πολλές από τις παρατηρούμενες αντιδράσεις μεταξύ των νευρώνων μπορούν να εξηγηθούν σε αυτή τη βάση. Όπως αναφέρεται στη δημοσίευση του Neuron, η έρευνα επικεντρώνεται στη νευροπεπτιδεργική σηματοδότηση, η οποία έχει μεγάλη σημασία σε όλα τα νευρικά συστήματα.

Η μελέτη στοχεύει στο σχεδιασμό μιας ολοκληρωμένης σύνδεσης ενσωματώνοντας ανατομία ενός κυττάρου, δεδομένα γονιδιακής έκφρασης και βιοχημικές αναλύσεις αλληλεπιδράσεων υποδοχέα-συνδέτη. Τα αποτελέσματα δείχνουν ένα δίκτυο με υψηλή πυκνότητα σύνδεσης και εκτεταμένους καταρράκτες σηματοδότησης που θα πρέπει να χρησιμεύσει ως πρωτότυπο για την κατανόηση των νευροτροποποιητικών δικτύων.

Ο ρόλος των νευρωνικών συνδέσεων

Μια άλλη συναρπαστική πτυχή είναι η συνειδητοποίηση ότι μια φυσική σύνδεση μεταξύ νευρώνων δεν εγγυάται απαραίτητα ισχυρή ηλεκτρική δραστηριότητα. Τα πειράματα οπτογενετικής διέγερσης δεν παράγουν πάντα προβλέψιμα αποτελέσματα. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αν και οι νευρώνες με άμεσες συναπτικές συνδέσεις συχνά ανταποκρίνονται μεταξύ τους, πολλές αλληλεπιδράσεις συμβαίνουν επίσης χωρίς τέτοιες ανατομικές συνδέσεις.

Τα περιεκτικά ευρήματα υποδηλώνουν μια αιτιώδη σχέση μεταξύ ανατομικού και λειτουργικού συνδέσμου και εγείρουν ερωτήματα σχετικά με τον ρόλο της εξωσυναπτικής σηματοδότησης. Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση για μελλοντική εργασία που θα περιλαμβάνει άλλους οργανισμούς για την καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των νευρωνικών δικτύων.

Συνοπτικά, τα αποτελέσματα της τρέχουσας έρευνας αντιπροσωπεύουν ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση και βοηθούν στην αντιμετώπιση της ασυμφωνίας μεταξύ δομής και λειτουργίας στον εγκέφαλο. Ο Andrew Leifer του Πανεπιστημίου του Πρίνστον, ο κύριος συγγραφέας των δύο προεκτυπώσεων, τονίζει τη σημασία αυτών των ευρημάτων και τις πολλά υποσχόμενες δυνατότητες που πρέπει να διερευνηθούν στο μέλλον.