חוקרים זיהו מנגנון נוירופלסטיות חדש הקשור ללמידה וזיכרון

נוירונים חשובים, אך הם אינם השחקנים היחידים בתהליך. למעשה, דווקא ה"סחוס" בצורת צבירים של מולקולות מטריצה חוץ-תאיות הנקראות כונדרויטין סולפטים, הממוקמות בצד החיצוני של תאי העצב, הוא זה שממלא תפקיד מפתח ביכולתו של המוח לרכוש ולאחסן מידע.

מחקר שפורסם בכתב העת Cell Reports מתאר מנגנון חדש לפלסטיות המוח, או כיצד קשרים עצביים משתנים בתגובה לגירויים חיצוניים. המאמר נקרא "אשכולות מוקדיים של המטריצה הפריסינפטית מקדמים פלסטיות תלוית פעילות וזיכרון בעכברים".

עבודה זו היא תוצאה של שיתוף פעולה בין בית הספר לרפואה של הרווארד, אוניברסיטת טרנטו והמרכז הגרמני למחלות ניווניות (DZNE) במגדבורג.

"מיומנויות חושיות והיכולת להבין את סביבתנו תלויות בפעילות המוח, המאפשרת לנו לקלוט ולעבד גירויים מהעולם החיצון. באמצעות המוח שלנו, אנו מסוגלים לרכוש ולאחסן מידע חדש, כמו גם לזכור מידע שכבר למדנו", אומרים יורי בוצי וגבריאלה צ'ליני.

"תופעה מרתקת זו מתאפשרת הודות ליכולתו של המוח לשנות ללא הרף את המבנה והיעילות של קשרים עצביים (סינפסות) בתגובה לגירויים חיצוניים. יכולת זו נקראת גמישות סינפטית. הבנת האופן שבו מתרחשים שינויים סינפטיים וכיצד הם תורמים ללמידה ולזיכרון היא אחד האתגרים העיקריים במדעי המוח."

יורי בוצי הוא פרופסור באוניברסיטת טרנטו ומחבר ראשי שותף של המאמר. גבריאלה צ'ליני הוא המחבר הראשון של המחקר. צ'ליני החל לעבוד על פרויקט זה בשנת 2017 כעמית פוסט-דוקטורט במעבדתה של סבינה ברטה (בית החולים מקלין ובית הספר לרפואה של הרווארד, בוסטון) והשלים את הפרסום המדעי תוך כדי עבודה כעמית פוסט-דוקטורט במעבדתו של בוצי באוניברסיטת טרנטו.

במרכז המחקר עומדים כונדרויטין סולפטים, מולקולות הידועות בתפקידן במפרקים, אשר ממלאות גם תפקיד חשוב בפלסטיות המוח, בהיותן חלק בלתי נפרד מהמטריצה החוץ-תאית של המוח, כפי שהתגלה במקור על ידי קבוצתו של ד"ר אלכסנדר דיטיאטב בשנת 2001.

בשנת 2007, מחקר יפני תיאר את נוכחותם של צבירים של כונדרויטין סולפט, עגולים בצורתם ומפוזרים באופן אקראי לכאורה ברחבי המוח. עם זאת, העבודה נשכחה עד שמעבדת מדעי המוח התרגומיים של סבינה ברטה החזירה את המבנים לאור הזרקורים המדעי על ידי שינוי שמם לצבירים CS-6 (עבור כונדרויטין סולפט-6, אשר מזהה את ההרכב המולקולרי המדויק שלהם) והראה כי המבנים קשורים לתאי גליה ומופחתים מאוד במוחם של אנשים עם הפרעות פסיכוטיות.

לאחר מכן, בשנת 2017, גבריאלה צ'ליני, שנשכרה לאחרונה במעבדה של ברטה, קיבלה את המשימה לחשוף את תפקודם של אשכולות אלה.

"תחילה בדקנו את המבנים הללו בפירוט, תוך הדמייתם ברזולוציה גבוהה מאוד. גילינו שהם היו למעשה אשכולות של סינפסות מצופות CS-6 המאורגנות לצורה גיאומטרית ברורה לזיהוי. לאחר מכן זיהינו סוג חדש של ארגון סינפטי", אומרים המדענים.

"בנקודה זו היינו צריכים להיות קצת 'יצירתיים ניסיוניים'; באמצעות שילוב של גישות התנהגותיות, מולקולריות ומורפולוגיות מתוחכמות, הבנו שתרכובות אלו הכלולות באשכולות CS-6 משתנות בתגובה לפעילות חשמלית במוח."

"לבסוף, הודות לשיתוף הפעולה עם אלכסנדר דיטיאטב מ-DZNE מגדבורג ולמאמציו של האדי מירזאפורדלאוואר מקבוצתו, הפחתנו את הביטוי של CS-6 בהיפוקמפוס (אזור המוח האחראי על למידה מרחבית) והדגמנו שנוכחותו של CS-6 הכרחית לפלסטיות סינפטית ולזיכרון מרחבי", מציינים בוצי וצ'ליני.

"עבודה זו סוללת את הדרך לדרך חדשה להתבוננות על תפקוד המוח. ייתכן שכל הסינפסות שנוצרות על נוירונים שונים בתוך אשכולות CS-6 יכולות להגיב יחד לגירויים חיצוניים ספציפיים ולהשתתף בתפקוד משותף שמטרתו תהליכי למידה וזיכרון", הם מציינים.

"נראה שהם מייצגים מצע חדש לאינטגרציה של מידע ויצירת אסוציאציות ברמה הרב-תאית", מוסיפים דיטיאטב וברטה.

עבודה זו היא תוצאה של שיתוף פעולה בין מספר מעבדות, ביניהן המעבדה למדעי המוח התרגומיים (סבינה ברטה; בית החולים מקלין - בית הספר לרפואה של הרווארד, בוסטון), המעבדה לחקר הפרעות נוירו-התפתחותיות (יורי בוצי; CIMeC - המרכז הבין-תחומי למדעי המוח, אוניברסיטת טרנטו) והמעבדה לנוירופלסטיות מולקולרית (אלכסנדר דיטייב; DZNE מגדבורג).