นักวิจัยได้ระบุกลไกใหม่ของความยืดหยุ่นของระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับการเรียนรู้และความทรงจำ

เซลล์ประสาทมีความสำคัญ แต่ไม่ใช่ปัจจัยเดียวในกระบวนการนี้ แท้จริงแล้ว “กระดูกอ่อน” ซึ่งเป็นกลุ่มโมเลกุลของเมทริกซ์นอกเซลล์ที่เรียกว่าคอนโดรอิทินซัลเฟต ซึ่งอยู่ภายนอกเซลล์ประสาท มีบทบาทสำคัญในการที่สมองสามารถรับและจัดเก็บข้อมูลได้

การศึกษาที่ตีพิมพ์ใน วารสาร Cell Reports อธิบายถึงกลไกใหม่ของความยืดหยุ่นของสมอง หรือวิธีที่การเชื่อมต่อของระบบประสาทเปลี่ยนแปลงไปเมื่อตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นภายนอก บทความนี้มีชื่อว่า “Focal Peri-synaptic Matrix Clusters Promote Activity-Dependent Plasticity and Memory in Mice”

ผลงานนี้เป็นผลงานร่วมมือระหว่างโรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ด มหาวิทยาลัยเทรนโต และศูนย์โรคระบบประสาทเสื่อมแห่งเยอรมนี (DZNE) ในเมืองแม็กเดบูร์ก

"ทักษะการรับรู้และความสามารถในการเข้าใจสภาพแวดล้อมของเราขึ้นอยู่กับกิจกรรมของสมอง ซึ่งช่วยให้เรารับรู้และประมวลผลสิ่งเร้าที่มาจากโลกภายนอกได้ ผ่านสมองของเรา เราสามารถรับและจัดเก็บข้อมูลใหม่ รวมถึงจำข้อมูลที่เราเรียนรู้ไปแล้วได้" ยูริ โบซซีและกาเบรียล เชลินีกล่าว

"ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจนี้เกิดขึ้นได้จากความสามารถของสมองในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและประสิทธิภาพของการเชื่อมต่อประสาท (ไซแนปส์) อย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอก ความสามารถนี้เรียกว่าความสามารถในการปรับเปลี่ยนไซแนปส์ การทำความเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงของไซแนปส์เกิดขึ้นได้อย่างไรและมีส่วนสนับสนุนการเรียนรู้และความจำอย่างไร เป็นหนึ่งในงานหลักของ ประสาทชีววิทยา"

Yuri Bozzi เป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยเทรนโตและเป็นผู้เขียนร่วมของบทความ Gabriele Chelini เป็นผู้เขียนคนแรกของการศึกษา Celini เริ่มทำงานในโครงการนี้ในปี 2017 ในฐานะนักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการที่นำโดย Sabina Berretta (โรงพยาบาล McLean และโรงเรียนแพทย์ Harvard เมืองบอสตัน) และได้ตีพิมพ์ผลงานทางวิทยาศาสตร์เสร็จสิ้นในขณะที่ทำงานเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการของ Bozzi ที่มหาวิทยาลัยเทรนโต

การศึกษานี้มุ่งเน้นไปที่คอนดรอยตินซัลเฟต ซึ่งเป็นโมเลกุลที่รู้จักกันดีในบทบาทในข้อต่อ และยังทำหน้าที่สำคัญในความยืดหยุ่นของสมองอีกด้วย โดยเป็นส่วนสำคัญของเมทริกซ์นอกเซลล์ของสมอง ซึ่งค้นพบครั้งแรกโดยกลุ่มของดร. Alexander Dityatev ในปี 2001

ในปี 2007 การศึกษาวิจัยของญี่ปุ่นได้อธิบายถึงการมีอยู่ของกลุ่มคอนดรอยตินซัลเฟตที่มีรูปร่างกลมซึ่งกระจัดกระจายอย่างสุ่มในสมอง อย่างไรก็ตาม งานวิจัยชิ้นนี้ถูกลืมไป จนกระทั่งห้องปฏิบัติการชีววิทยาประสาทแปลของ Sabine Berretta ได้นำโครงสร้างเหล่านี้กลับมาสู่ความสนใจของชุมชนวิทยาศาสตร์อีกครั้ง โดยเปลี่ยนชื่อเป็นคลัสเตอร์ CS-6 (สำหรับคอนโดรอิทินซัลเฟต-6 ซึ่งระบุองค์ประกอบโมเลกุลที่แม่นยำของโครงสร้างเหล่านี้) และสาธิตให้เห็นว่าโครงสร้างเหล่านี้เกี่ยวข้องกับเซลล์เกลียและมีจำนวนลดลงอย่างมากในสมองของผู้ป่วยโรคจิต

จากนั้นในปี 2017 Gabriele Celini ซึ่งเพิ่งได้รับการว่าจ้างในห้องปฏิบัติการของ Berretta ได้รับมอบหมายให้ค้นหาหน้าที่ของคลัสเตอร์เหล่านี้

"ขั้นแรกเราตรวจสอบโครงสร้างเหล่านี้โดยละเอียด โดยสร้างภาพด้วยความละเอียดสูงมาก เราพบว่าโดยพื้นฐานแล้วพวกมันคือกลุ่มของไซแนปส์ที่เคลือบด้วย CS-6 และจัดเป็นรูปทรงเรขาคณิตที่จดจำได้อย่างชัดเจน จากนั้นเราก็ระบุไซแนปติกประเภทใหม่ องค์กร "พูดว่านักวิทยาศาสตร์

"เมื่อมาถึงจุดนี้ เราต้องใช้ 'ความคิดสร้างสรรค์ในการทดลอง' บ้าง ด้วยการผสมผสานระหว่างแนวทางเชิงพฤติกรรม โมเลกุล และทางสัณฐานวิทยาที่ซับซ้อน เราจึงตระหนักว่าสารประกอบเหล่านี้ซึ่งห่อหุ้มอยู่ในกระจุก CS-6 มีการเปลี่ยนแปลงในการตอบสนองต่อกิจกรรมทางไฟฟ้าใน สมอง."

"สุดท้ายนี้ ต้องขอบคุณความร่วมมือกับ Alexander Dityatev จาก DZNE Magdeburg และความพยายามของ Hadi Mirzapourdelawar จากกลุ่มของเขา เราจึงลดการแสดงออกของ CS-6 ในฮิบโปแคมปัส (บริเวณหนึ่งของสมองที่รับผิดชอบในการเรียนรู้เชิงพื้นที่) และสาธิตให้เห็นว่า การมีอยู่ของ CS-6 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกและหน่วยความจำเชิงพื้นที่" ชี้ให้เห็น Bozzi และ Celini

"งานนี้ปูทางไปสู่มุมมองใหม่ของการทำงานของสมอง เป็นไปได้ว่าไซแนปส์ทั้งหมดที่เกิดขึ้นบนเซลล์ประสาทที่แตกต่างกันภายในกระจุก CS-6 มีความสามารถในการตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกที่เฉพาะเจาะจงร่วมกันและมีส่วนร่วมในการทำงานทั่วไปที่มุ่งเป้าไปที่ กระบวนการเรียนรู้และความจำ " พวกเขาจดบันทึก

“ดูเหมือนว่าพวกมันจะเป็นตัวแทนของสารตั้งต้นใหม่สำหรับการบูรณาการข้อมูลและสร้างการเชื่อมโยงในระดับหลายเซลล์” Dityatev และ Berretta กล่าวเสริม

งานนี้เป็นผลมาจากความร่วมมือระหว่างห้องปฏิบัติการหลายแห่ง รวมถึงห้องปฏิบัติการประสาทชีววิทยาเชิงแปล (Sabina Berretta; โรงพยาบาล McLean - โรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ด บอสตัน) ห้องปฏิบัติการวิจัยความผิดปกติทางพัฒนาการทางระบบประสาท (Yuri Bozzi; CIMeC - ศูนย์สหวิทยาการสำหรับวิทยาศาสตร์สมอง, มหาวิทยาลัยเทรนโต) และความยืดหยุ่นของระบบประสาทระดับโมเลกุล (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg)