Frazė „neuronai, kurie šaudo kartu, laidai kartu“ apibūdina žmogaus smegenyse matomą nervinį plastiškumą, tačiau atrodo, kad lėkštelėje užaugę neuronai šių taisyklių nesilaiko. Neuronai, kurie yra auginami in vitro, sudaro atsitiktinius ir beprasmiškus tinklus, kurie visi suveikia kartu. Jie tiksliai neatspindi, kaip tikrosios smegenys mokytųsi, todėl iš jų tyrimo galime padaryti tik ribotas išvadas.
Bet kas, jei galėtume sukurti in vitro neuronus, kurie iš tikrųjų elgtųsi natūraliau?
Tohoku universiteto tyrimų grupė naudojo mikrofluidinius prietaisus, kad atkurtų biologinius neuronų tinklus, turinčius ryšį, panašų į gyvūnų nervų sistemose. Jie parodė, kad tokie tinklai pasižymi sudėtingais veiklos modeliais, kuriuos buvo galima „perkonfigūruoti“ pasikartojančia stimuliacija. Šis puikus atradimas suteikia naujų mokymosi ir atminties tyrimo priemonių.
Tyrimo rezultatai buvo paskelbti m Pažangios medžiagų technologijos 2024 metų lapkričio 23 dieną.
Tam tikrose smegenų srityse informacija yra užkoduota ir saugoma kaip „neuronų ansambliai“ arba neuronų grupės, kurios suveikia kartu. Ansambliai keičiasi pagal įvesties signalus iš aplinkos, kuri laikoma nerviniu pagrindu, kaip mes mokomės ir prisimename dalykus. Tačiau šių procesų tyrimas naudojant gyvūnų modelius yra sudėtingas dėl struktūrų sudėtingumo.
„Priežastis, dėl kurios reikia auginti neuronus laboratorijoje, yra ta, kad sistemos yra daug paprastesnės”, – pastebi Hideaki Yamamoto (Tohoku universitetas). „Laboratorijoje išauginti neuronai leidžia mokslininkams ištirti, kaip mokymasis ir atmintis veikia labai kontroliuojamomis sąlygomis. yra reikalavimas, kad šie neuronai būtų kuo arčiau tikrojo.
Tyrėjų komanda sukūrė specialų modelį, naudodama mikrofluidinį įrenginį – mažą lustą su mažytėmis 3D struktūromis. Šis prietaisas leido neuronams prisijungti ir formuoti tinklus, panašius į tuos, kurie yra gyvūnų nervų sistemoje. Keisdama mažyčių tunelių (vadinamų mikrokanalais), jungiančių neuronus, dydį ir formą, komanda kontroliavo, kaip stipriai neuronai sąveikauja.
Tyrėjai parodė, kad tinklai su mažesniais mikrokanalais gali išlaikyti įvairius neuronų ansamblius. Pavyzdžiui, tradiciniuose prietaisuose auginami in vitro neuronai turėjo tik vieną ansamblį, o išauginti su mažesniais mikrokanalais – iki šešių ansamblių. Be to, komanda nustatė, kad pakartotinė stimuliacija moduliuoja šiuos ansamblius, parodydama procesą, panašų į nervų plastiškumą, tarsi ląstelės būtų perkonfigūruojamos.
Ši mikroskysčių technologija kartu su in vitro neuronais galėtų būti naudojama ateityje kuriant pažangesnius modelius, galinčius imituoti konkrečias smegenų funkcijas, pavyzdžiui, formuoti ir prisiminti prisiminimus.