במוח, פלסטיות סינפטית – היכולת לשנות קשרים עצביים לאורך זמן – היא הבסיסית ללמידה ולזיכרון. באופן מסורתי, המדע התמקד בתאי עצב ובסינפסות שלהם. הגילוי של איתות Ca2+ תוך תאי באסטרוציטים הוביל לרעיון שאסטרוציטים הם יותר מדבק המחזיק את המוח יחד ומשחקים תפקיד מכריע בתהליך זה.
"תפקוד לקוי של אסטרוציטים עלול לפגוע משמעותית ביכולת הלמידה שלנו, מה שמדגיש את חשיבותם בתהליכים קוגניטיביים. עם זאת, הפונקציות המדויקות של אסטרוציטים נותרו מזמן בגדר תעלומה," אומרת הסופרת המקבילה ובכירה, פרופ' טג'אנה צ'ומאצ'נקו, ראש קבוצת מחקר במכון לחקר אפילפטולוגיה וקוגניציה ניסיוני של UKB וחברה ב"מודלינג" של אזור המחקר הטרנס-תחומי (TRA) באוניברסיטת בון, ומתארת את המוטיבציה להמשיך השאלה הזו.
פתיחת הריקוד המורכב של אינטראקציות סלולריות במהלך הלמידה
"העבודה שלנו כמדעני מוח חישוביים היא להשתמש בשפת המתמטיקה כדי לפרש את התצפיות הניסיוניות ולבנות מודלים קוהרנטיים של המוח." אומר שותף בכיר בסופר ד"ר פייטרו ורצלי, פוסט-דוקטורט בקבוצתו של פרופ' צ'ומאצ'נקו. במקרה זה, החוקרים פיתחו מודל ביו-פיזי של למידה המבוסס על לולאת משוב ביוכימית בין אסטרוציטים ונוירונים שהתגלו לאחרונה על ידי ד"ר קירסטן בוהמבאך, פרופ' כריסטיאן הנברגר וחוקרים נוספים ב-DZNE וב-UKB (https://doi.org) /10.1038/s41467-022-35620-8).
המודל הביו-פיזי מסביר את חסרונות הלמידה שנצפו בעכברים עם ויסות אסטרוציטי לקוי ומדגיש את התפקיד המכריע שממלאים אסטרוציטים בהסתגלות מהירה למידע חדש. על ידי ויסות רמות של הנוירוטרנסמיטר D-serine, אסטרוציטים יכולים להקל על יכולתו של המוח להסתגל ביעילות ולחווט מחדש את הקשרים הסינפטים שלו. "המסגרת המתמטית שלנו לא רק מסבירה את התצפיות הניסיוניות, אלא גם מספקת תחזיות חדשות הניתנות לבדיקה לגבי תהליך הלמידה", אומר הסופר הראשון לורנצו סקוואדרני, סטודנט לדוקטורט בקבוצתו של צ'ומאצ'נקו.
מחקר זה מגשר על הפער בין מודלים תיאורטיים של פלסטיות לבין ממצאים ניסויים על האינטראקציות בין נוירונים ותאי גליה. הוא מדגיש ויסות אסטרוציטי כבסיס הפיזיולוגי להתאמות סינפטיות דינמיות, מושג מרכזי של פלסטיות סינפטית.
הממצאים שלנו תורמים להבנה טובה יותר של המנגנונים המולקולריים והתאיים העומדים בבסיס הלמידה והזיכרון ומספקים הזדמנויות חדשות להתערבויות טיפוליות המכוונות לאסטרוציטים לשיפור תפקודים קוגניטיביים."
פרופ' טג'אנה צ'ומצ'נקו, ראש קבוצת מחקר במכון לאפילפטולוגיה ניסויית וקוגניציה של ה-UKB
