Agymérnökök

Eddig úgy véltük, hogy az idegsejtek a következőképp működnek: dendritjeiken bejön az afferens információ, amit a sejttest feldolgoz, majd továbbad az axonokon keresztül (efferens információ); a folyamat közben az axonok kezdeti szegmensén jön létre az akciós potenciál. Német kutatók azonban felfedeztek egy újfajta neuron-morfológiát: olyan hippokampális piramissejteket találtak, amelyeknél az axonok nagy része nem a neuron sejttestéből ered, hanem egy-egy dendritből – az információ így kikerüli magát a sejttestet. Az axonhordozó dendriteknek a megszokott dendritekhez képest alacsonyabb az aktivációs küszöbe és jobban is ingerelhetők, azaz nagyobb valószínűséggel és nagyobb amplitudóval alakul ki rajtuk akciós potenciál.

A kutatóknak egyelőre sejtelmük sincs arról, mire jó a sejttestet elkerülő nagyobb akciós potenciálok lehetősége.

Az eredmények a Neuron című szaklap legutóbbi számában jelentek meg (Christian Thome és munkatársai, Axon-Carrying Dendrites Convey Privileged Synaptic Input in Hippocampal Neurons); a vizsgálatot az oktatásért és kutatásért felelős német szövetségi minisztérium finanszírozta, amely 2004 óta már több mint 180 millió euróval támogatta a komputációs idegtudomány nevű új tudományterületet, írja cikkében a kutatásról beszámoló Eurekalert.

Meglepett kutatók

A Heidelberg University és a University of Bonn idegkutatói speciális eljárással megfestették az axonok eredési helyét a hippokampusz piramissejtjeiben, majd legnagyobb meglepetésükre azt találták, hogy azok a memória kialakulásában közreműködő régiókban nem a várt helyen vannak. Ezt követően olyan speciális glutamát (serkentő neurotranszmitter) molekulákat injektáltak a kísérleti állatok (egerek) agyába, amelyet fény segítségével lehet aktiválni. Az aktiváló fényt közvetlenül egy-egy dendrithez lehet vezetni, ezáltal biztosítható, hogy csak a vizsgált dendrit kapjon excitátoros inputot. Mint a tanulmány egyik szerzője, Tony Kelly a sajtónak elmondta, ezáltal az is kimutathatóvá vált, hogy azok a dendritek, amelyekből axon ered, már kis ingerület hatására is aktiválják a neuront, különösen abban az esetben ha a sejttest gátló működése elnyomja a más dendritekből érkező információt. E speciális dendritek tehát a korábban már ismertekhez képest sokkal jobban befolyásolják a neuron működését.

Szintetikus agyi biológia

Az idegsejtek kapcsolódását kutató más tudósok mesterséges szinapszisok létrehozásával kísérleteznek, és azt remélik, hogy ezáltal újrahuzalozhatják a sérülést elszenvedett agyat, illetve gyógyíthatják az epilepsziát, netán közelebb kerülhetnek annak megfejtéséhez, hogy a speciális agyi kapcsolódási mintázatokból hogyan jön létre a tudatos élmény. Ahogy a kutatásról beszámoló New Scientist-cikk érzékelteti: az új módszerrel lehetőség nyílik arra, hogy egyes kábelek kihúzásával és mások üzembe helyezésével feltárjuk az agy elektromos áramköreit. Mint Douglas Heaven írja: ma már az optogenetika módszereivel egy-egy neuron működését közvetlenül is tudjuk tanulmányozni, azonban az egyes neuronok aktivitásán kívül azt is nagyon fontos tanulmányozni, hogy hogyan vannak összekötve az idegsejtek, illetve egyes agyi régiók, mivel a tudatosság nem egy speciális agyterületből származik, hanem a speciálisan összekötött agy egészéből. A vizsgálatok során a kutatók először feltárják, hogy hogyan vannak összekötve egyes agyterületek, majd megnézik, hogy az összeköttetések módosítása hogyan befolyásolja a kísérleti állatok agyműködését, illetve viselkedését.

A Cambridge-i molekuláris biológusok William Schafer vezetésével első lépésben a Caenorhabditis elegans nevű fonálféreggel kezdtek kísérletezni, mivel annak egyszerű idegrendszere – 302 neuronja és 7000 neuronális összeköttetése - már meglehetősen jól ismert, már 1986-ban feltárták konnektómáját. Mint a Nature Communications című szaklapban megjelent tanulmányukban (Rewiring neural circuits by the insertion of ectopic electrical synapses in transgenic C. elegans) írják, új elektromos szinapszisokat hoztak létre a kísérleti állatok egyébként nem kapcsolódó kemoszenzoros neuronjai között, aminek következtében az állatok só-koncentrációval kapcsolatos érzékenysége lecsökkent, illetve elektromos szinapszist hoztak létre a kísérleti állatok két olyan szaglóneuronja között, amelyek korábban csak kémiai szinapszisokkal voltak összekötve, ezáltal megakadályozták a szagérzékelést. A későbbiekben egerek agyán fogják tanulmányozni a szinapszisok tetszés szerinti nyitásának-zárásának lehetőségét, ami hozzásegíthet pl. az epilepszia gyógyításához (a túlterhelt elektromos szinapszisok váltják ki az epilepsziás rohamokat), illetve lehetővé teheti az agyi trauma terápiáját: a sérült agyterületek kikerülésével új útvonalak létrehozását.

A testmozgás és a konnektóma

Mielőtt azonban ez bekövetkezik, az agyi kapcsolódások vizsgálata az emberi fehérállomány esetében már több gyakorlati haszonnal is szolgál: a PNAS egy cikkében pl. arról számolnak be a University of Illinois kutatói (Physical Activity and Cardiorespiratory Fitness Are Beneficial for White Matter in Low-Fit Older Adults), hogy a fizikai aktivitás idős korban segít abban, hogy az agyi összeköttetések épek maradjanak, azaz a testmozgás ezzel a mechanizmussal is hozzájárul az egészséges idősödés fenntartásához.