آخرین مطالب

سلول های ستاره مانند الگوهای فعالیت منحصر به فرد را نشان می دهند –


نحوه تجربه ما از جهان به دلیل تعاملات پیچیده و پیچیده بین نورون های مغز رخ می دهد. اکنون، مطالعه‌ای که در 9 فوریه 2022 در Science Advances منتشر شد، نشان می‌دهد که آستروسیت‌ها – سلول‌های ستاره‌شکل و غیر عصبی در مغز – ممکن است نقش مهمی در پردازش اطلاعات و شاید حتی حافظه داشته باشند.

با استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری و تجزیه و تحلیل پیشرفته، محققان انستیتوی علوم و فناوری اوکیناوا (OIST) سیگنال‌هایی را در آستروسیت‌های منفرد در سطحی از جزئیات و سرعت غیرقابل مشاهده در مغز موش‌های بیدار ثبت کردند.

یافته‌های آن‌ها، از جمله سیگنال‌های فوق سریع همتراز با سیگنال‌های مشاهده شده در نورون‌ها و الگوهای فعالیت سیگنال‌دهی که با رفتارهای مختلف مطابقت دارند، نشان می‌دهند که آستروسیت‌ها ممکن است نقش مهمی در بسیاری از عملکردهای مغز ما از جمله نحوه تفکر، حرکت و یادگیری داشته باشند. .

دکتر لئونیداس جورجیو، نویسنده اول، دانشجوی سابق دکترا در واحد تصویربرداری عصبی نوری در OIST می گوید: «اگر این مفاهیم درست باشد، اساساً نحوه تفکر ما در مورد علوم اعصاب و نحوه عملکرد مغز را تغییر خواهد داد.

وقتی مغز خود را به تصویر می کشیم، معمولاً درهم پیچیده ای از نورون های بلند و سیم مانند را تصور می کنیم که سیگنال های الکتریکی را در مناطق مختلف مغز به یکدیگر ارسال می کنند. اما نورون ها فقط نیمی از سلول های مغز ما را تشکیل می دهند. بسیاری از انواع دیگر سلول های مغزی، از جمله آستروسیت ها، در تمام فضای باقی مانده بین مجموعه نورون ها فشرده شده اند.

پروفسور Bernd Kuhn، نویسنده ارشد و رئیس واحد تصویربرداری عصبی نوری، می گوید: “در مقایسه با نورون ها، آستروسیت ها توجه بسیار کمی داشته اند. تصور می شد که آستروسیت ها فقط سلول های کمکی هستند که مواد مغذی نورون ها را تامین می کنند و مواد زائد آنها را از بین می برند.”

اما در سال‌های اخیر، شواهد زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد آستروسیت‌ها می‌توانند به پیام‌های شیمیایی ارسال شده بین نورون‌ها در سیناپس‌ها گوش دهند و می‌توانند با سیگنال‌های خود پاسخ دهند، و لایه‌ای از پیچیدگی بیشتری را برای نحوه دریافت و پاسخ مغز ما به اطلاعات فراهم می‌کند.

با این حال، سیگنال‌های شناسایی‌شده قبلی در آستروسیت‌ها حدود ده برابر کندتر از سیگنال‌های دیده‌شده در نورون‌ها بودند، بنابراین دانشمندان بر این باور بودند که سلول‌ها برای پردازش اطلاعات بسیار کند هستند.

با این حال، با توسعه ابزار جدیدی که امکان مطالعه فعالیت آستروسیت‌ها را در موش‌های بی‌سابقه با جزئیات بی‌سابقه فراهم می‌کند، محققان OIST برای اولین بار نشان دادند که آستروسیت‌ها سیگنال‌هایی را در داخل بدن تولید می‌کنند که به سرعت نورون‌ها است و کمتر از ۳۰۰ میلی‌ثانیه طول می‌کشد. .

جعبه ابزار آنها بر یک کشف جدید متکی بود: اینکه ویروسی که به طور منظم برای ژن درمانی استفاده می شود می تواند از نورون ها به آستروسیت های متصل “پرش” کند. دانشمندان از یک ویروس مرتبط با آدنو استفاده کردند که حاوی ژنی بود که سلول های آلوده را فلورسانس می کند. شدت فلورسانس در حضور کلسیم افزایش می یابد – یک شاخص مهم از فعالیت سیگنال در سلول های زنده.

پس از برچسب گذاری، تیم تحقیقاتی توانست از یک میکروسکوپ قدرتمند و خانگی برای مشخص کردن و تصویربرداری از یک آستروسیت منفرد، در طول چند روز و هر بار تا یک ساعت، در حالی که موش بیدار و در حال حرکت بود، استفاده کند.

سپس دانشمندان از یک برنامه کامپیوتری پیشرفته برای تجزیه و تحلیل تصاویر ضبط شده استفاده کردند و به آنها اجازه داد تا فلاش های فوق سریع سیگنال های کلسیمی را که قبلاً دیده نشده بود شناسایی کنند و الگوهای سیگنال را به روشی بی طرفانه ارزیابی کنند.

آنها دریافتند که تحریک حسی، با غلغلک دادن سبیل ها، منجر به سیگنال دهی بسیار کمی از کلسیم می شود، در حالی که برخی رفتارها، مانند دویدن یا راه رفتن، منجر به سطوح بالای فعالیت می شود.

دانشمندان همچنین متوجه شدند که نواحی خاصی در آستروسیت یا نقاط داغ وجود دارد که سطح فعالیت در آنها بالاتر است.

دکتر جورجیو می‌گوید: «این نقشه‌های نقاط داغ مانند اثر انگشت هستند — برای یک رفتار خاص، در طول زمان پایدار هستند، در طی چند روز ثابت می‌مانند و برای هر آستروسیت منحصربه‌فرد هستند».

حتی شگفت آورتر، این تیم متوجه شد که رفتارهای مختلف با الگوهای کانونی منحصر به فرد مطابقت دارد.

پروفسور کوهن گفت: “بنابراین، هنگامی که ماوس در حال استراحت است، شما یک الگو را می بینید. و سپس هنگامی که ماوس در حال اجرا است، شما یک الگوی متفاوت را می بینید.”

یکی از فرضیه های پیشنهاد شده توسط پروفسور کوهن این است که این نقشه های هات اسپات می توانند نمودارهای حافظه را نشان دهند — الگویی که نشان دهنده یک رفتار خاص یا یک حافظه است. شبکه‌های عصبی مختلف در طول رفتارهای خاص یا هنگام یادگیری و یادآوری اطلاعات فعال هستند، که می‌تواند فعالیت آستروسیت‌های مجاور را نیز تغییر دهد. او اذعان کرد که انگرام های حافظه هنوز نظری هستند و بسیار بحث برانگیز هستند.

او گفت: “ما هنوز نمی دانیم که چگونه خاطرات در مغز ذخیره می شود، اما باور نکردنی است که فکر کنیم می تواند آستروسیت ها را درگیر کند.” “به احتمال زیاد خیلی خوب است که درست باشد، اما یک فرضیه هیجان انگیز برای پیگیری است.”