Neurologai iš Johns Hopkins Medicine teigia, kad jie nustatė, kaip smegenų ląstelės paviršiaus molekulė formuoja tam tikrų neuronų elgesį.
Tyrimas, paskelbtas spalio 2 d Gamtaatskleidžia, kaip molekulė, kalcio pralaidus (CP)-AMPA receptorius, slopina konkretaus neurono gebėjimą atkreipti dėmesį į konkrečius išorinius signalus, pavyzdžiui, jūsų draugo auskarus, remiantis genetiškai modifikuotų pelių tyrimu.
Supratimas, kodėl kai kurie neuronai yra mažiau „selektyvūs“ savo atsakui į tam tikrus signalus, taip pat gali padėti tyrėjams tirti šizofreniją, epilepsiją ir autizmą – sąlygas, kurioms būdingas klaidingas išorinių signalų apdorojimas ir neuronų uždegimas žinduolių smegenyse.
„Mes atradome, kad kalciui pralaidus AMPA receptorių potipis turi papildomą vaidmenį slopindamas tam tikro neurono selektyvumą”, – sako Ingie Hong, Ph.D., pirmoji autorė ir neurologijos instruktorė Johnso Hopkinso universiteto Medicinoje.
„Iki šiol šių specifinių receptorių vaidmuo platesnėse žinduolių smegenyse, kaip jie veikia kasdieniame gyvenime, buvo paslaptis.”
Tyrimui kartu su Hongu vadovavo Ph.D. Richardas Huganiras, Bloombergo nusipelnęs neuromokslų ir psichologijos bei smegenų mokslų profesorius ir Johnso Hopkinso universiteto medicinos mokyklos Solomon H. Snyderio Neurologijos katedros direktorius, daugiau nei 40 metų tiriantis AMPA receptorius.
AMPA receptoriai yra labai svarbūs norint greitai perduoti informaciją ir formuoti atmintį smegenyse, pavyzdžiui, girdėti ir prisiminti asmens vardą. Tyrėjai teigia, kad šiame tyrime AMPA receptorių potipis, CP-AMPA receptoriai, veikia kaip „vartai“, mažinantys parvalbumino (PV) neuronų selektyvumą, kurie slopina ir taip neselektyviai slopina netoliese esančius neuronus.
„Selektyvūs neuronai reaguos į kažką tikrai konkretaus, pavyzdžiui, jūsų senelio ūsus, o mažiau selektyvūs neuronai taip pat reaguos į skirtingus veidus ar žmones“, – sako Hongas.
„Mes ieškojome mechanizmų ir molekulių, kurie kontroliuoja šį specifiškumą arba selektyvumą ir kaip tai sugenda tokiomis sąlygomis kaip autizmas ir epilepsija, kai sužadinimo neuronai gali būti per daug stimuliuojami.”
Tyrėjai taip pat nustatė, kad GluA2, baltymo subvieneto CP-AMPA receptoriuose, mutacijos yra susijusios su intelekto negalia.
„Žmogaus mutacijos AMPA receptorių GluA2 subvienete, kuris reguliuoja receptorių kalcio pralaidumą, gali sukelti intelekto negalią ir autizmą“, – sako vyresnysis autorius Huganir. „Tai rodo, kad žmogaus pažinimui būtina griežta AMPA receptorių kalcio pralaidumo kontrolė.
Konkrečiai, tyrėjai sutelkė dėmesį į CP-AMPA receptorius dviejose skirtingose smegenų srityse: regėjimo žievėje, kur neuronai apdoroja vaizdinę informaciją, ir hipokampą, kur neuronai reaguoja į „kur esate, kur esate ar kur esate. buvo“, – sako Hongas.
Atlikdami savo tyrimus, mokslininkai sukūrė naujus su adeno susijusius virusų vektorius, kurie pakeistų kalcio pralaidžius AMPA receptorius nepralaidžiais analogais ir išreikštų juos pelių smegenyse. Jie sako, kad tikisi, kad šie vektoriai gali padėti gydyti sutrikimus, atsirandančius dėl AMPA receptorių mutacijų ateityje.
Norėdami nustatyti PV neuronų selektyvumą, mokslininkai naudojo pažangius vaizdo gavimo metodus, kad stebėtų neuronų struktūrą ir aktyvumą genetiškai modifikuotų pelių smegenyse, tuo pačiu rodydami vaizdo dirgiklius.
„Daugeliu atvejų mes nustatėme, kad šie PV neuronai, kurie paprastai yra mažiau selektyvūs, tapo selektyvesni regos dirgikliams ir erdvinei vietai, kai CP-AMPA receptorius pakeitėme nepralaidžiomis molekulėmis, todėl slopinantys neuronai veikia labiau kaip sužadinimo neuronai. “, – sako Hongas.
Tyrėjai teigia, kad didelis CP-AMPA receptorių kiekis PV neuronuose yra gerai išsaugotas daugelyje žinduolių rūšių, įskaitant žmones.
„Padarius neuronų slopinimą mažiau selektyvų, mūsų nervų grandinės tampa veiksmingesnės nei rūšys, kurios neturi šios molekulinės savybės“, – sako Hongas. „Tai tikriausiai taip pat reiškia, kad mūsų neuroniniai tinklai yra stabilesni.”
Hongas teigia, kad nauji tyrimai taip pat gali turėti įtakos mašininiam mokymuisi, naudojamam dirbtinio intelekto srityje.
„Mašininio mokymosi metu yra daug kompiuterizuotų„ dirbtinių “ neuronų, kurie yra išmokyti būti labai selektyvūs arba mažiau selektyvūs“, – sako jis. „Stengiamės išsiaiškinti, kaip konkretūs ir ne tokie specifiniai vienetai gali dirbti kartu, kad suteiktų mums pažangesnių mašinų ir pažangesnių AI.
Be to, mokslininkai ketina ištirti kitas svarbias molekules, kurios, kaip žinoma, keičia pažinimą. Klinikinėje neurologijos srityje, Hongas teigia, kad geresnis supratimas apie tai, kurios smegenų molekulės prisideda prie šališkų pacientų neuronų skaičiavimų, galėtų paskatinti vaistų terapijos taikinių paiešką psichikos sutrikimams, turintiems genetinį komponentą, o naują sritį Hong vadina „neurokompiuterine terapija“.