Naukowcy z Washington University School of Medicine w St. Louis podwyższyli dziesięcioletnie dogmaty o tym, jak połączenia między komórkami mózgowymi są przemieszczane w stanach zwiększonej czujności lub uwagi. Zespół stwierdził, że chemikalia mózgu związane z czujnością, uwagą i uczeniem się zmienia łączność mózgu i funkcjonowanie nie poprzez działanie bezpośrednio na neurony, komórki znane z ich szybkiego przenoszenia informacji, ale poprzez pracę astrocytów, inny, wolniejszy typ komórki mózgowej, który często jest pomijany w dziedzinie neurologii.
Odkrycie, opublikowane w Science 15 maja, zasadniczo zmienia obecne zrozumienie determinantów komunikacji i aktywności sieci mózgu. Wymaga również większego skupienia się na astrocytach jako celach terapeutycznych w leczeniu uwagi, pamięci i zaburzeń emocjonalnych.
„Podręczniki mówią nam, że neuromodulatory, takie jak neurony noradrenaliny, bezpośrednio dostosuj neurony-w rzeczywistości podręczniki mówią nam, że wszystko w mózgu dotyczy neuronów”-powiedział dr Thomas Papouin, asystent profesora neurobiologii w Washu Medicine i starszy autor badania. „Wygląda na to, że wiele okablowania mózgu i aktywności jest prawdopodobnie zorganizowane przez astrocyty, w wolniejszych skalach czasowych. Jest to rodzaj odkrycia, które głęboko przekształca nasze zrozumienie, jak działa mózg”.
Od Wallflower mózgu po środkowy etap
Aby mózg mógł poświęcić się zadaniom wymagającym uwagi lub reagowania na nieoczekiwane bodźce, takie jak alarm przeciwpożarowy, musi być w stanie powtórzyć się, zmieniając sposób komunikacji komórek mózgowych. Proces ten jest napędzany uwalnianiem chemikaliów zwanych neuromodulatorami, w tym noradrenaliny, w mózgu. To, w jaki sposób te neuromodulatory reorganizują komunikację w mózgu, jest słabo poznane. Założeniem od ostatnich 80 lat było takie, że chemikalia neuromodulatora działają na neurony.
Tymczasem wykazano, że przez co najmniej 30 lat astrocyty kontaktują się i oddziałują z synapsami, które są wyspecjalizowanymi strukturami, w których neurony komunikują się ze sobą. Naukowcy od dawna podejrzewają, że astrocyty mogą zmienić zmianę komunikacji między neuronami, a zatem przepływ informacji w mózgu.
Ze względu na ich bardzo drobny i rozległy kształt komórki te są idealnie ustawione do monitorowania i wykrywania neuromodulatorów, takich jak noradrenalina. „Chcieliśmy przetestować pomysł, że być może neuromodulacja synaps przez noradrenalinę jest biznesem astrocytów” – powiedział Papouin.
W tym celu Papouin i jego zespół stymulowali wydzielanie noradrenaliny z mysich komórek mózgowych lub odsłonięte mysie wycinki mózgu na noradrenalinę i stwierdzili, że noradrenaliny osłabiły połączenia między neuronami, znane od dziesięcioleci. Jednak naukowcy odkryli, że noradrenalina wywołała również aktywność wśród otaczających astrocytów. Po uruchomieniu noradrenaliny astrocyty wytworzyły drugą substancję chemiczną, którą uwalniają na synapsy, co spowodowało tłumienie aktywności synapsy. Nawet gdy usunięto zdolność neuronów do bezpośredniego wyczuwania noradrenaliny, noradrenalina była nadal w stanie zmienić połączenia neuronalne. Kiedy zdolność astrocytów do wyczuwania lub reagowania na noradrenalinę została zdjęta w trybie offline, z drugiej strony noradrenalina nie była w stanie zreorganizować łączności neuronalnej.
Ich odkrycia wskazują, że neuromodulatory, takie jak noradrenalina zmieniają połączenia neuronalne w mózgu poprzez sygnalizowanie przez astrocyty, a nie bezpośrednio na neurony.
Wyniki sugerują również, że celowanie w astrocyty może być skutecznym sposobem zmiany aktywności mózgu w celu potencjalnego leczenia zaburzeń mózgu. Zespół Papouina zaczął patrzeć na istniejące leki, które, jak się uważa, działają na neurony, aby sprawdzić, czy wymagają skutecznego astrocytów. Jeśli tak, być może astrocyty mogą być celowane bezpośrednio w cele terapeutyczne.
„Istnieje tak wiele leków, które zakłócają sygnalizację noradrenaliny w mózgu, w szczególności w leczeniu ADHD lub depresji. Zastanawiam się, ile z nich wymaga astrocytów do modyfikowania aktywności mózgu”, powiedział Papouin.