כאשר אנו לומדים משהו חדש, תאי המוח שלנו (נוירונים) מתקשרים זה עם זה באמצעות אותות חשמליים וכימיים. אם אותה קבוצת נוירונים מתקשרת יחד לעתים קרובות, הקשרים ביניהם מתחזקים. תהליך זה עוזר למוח שלנו ללמוד ולזכור דברים והוא ידוע כפוטנציאל ארוך טווח או LTP.
סוג אחר של LTP מתרחש כאשר המוח חסר חמצן באופן זמני – פוטנציציה ארוכת טווח הנגרמת על ידי אנוקסיה או aLTP. aLTP חוסם את התהליך הקודם, ובכך פוגע בלמידה ובזיכרון. לכן, כמה מדענים חושבים ש-aLTP עשוי להיות מעורב בבעיות זיכרון הנראות במצבים כמו שבץ.
חוקרים ממכון אוקינאווה למדע וטכנולוגיה (OIST) ושותפי הפעולה שלהם חקרו את תהליך ה-aLTP בפירוט. הם גילו ששמירה על aLTP דורשת את חומצת האמינו גלוטמט, אשר מעוררת ייצור תחמוצת החנקן (NO) הן בתאי העצב והן בכלי הדם במוח. תהליך זה יוצר לולאת משוב חיובית של גלוטמט-NO-גלוטמט. המחקר שלהם, שפורסם ב iScienceמצביע על כך שנוכחות מתמשכת של aLTP עלולה לעכב את תהליכי חיזוק הזיכרון של המוח ולהסביר את אובדן הזיכרון שנצפה בחולים מסוימים לאחר שחוו שבץ מוחי.
תגובת המוח לחמצן נמוך
כאשר יש מחסור בחמצן במוח, גלוטמט, מוליך עצבי, משתחרר מהנוירונים בכמויות גדולות. הגלוטמט המוגבר הזה גורם לייצור NO. NO המיוצר בנוירונים ובכלי דם במוח מגביר את שחרור הגלוטמט מהנוירונים במהלך aLTP. לולאה זו של גלוטמט-NO-גלוטמט נמשכת גם לאחר שהמוח מקבל מספיק חמצן.
רצינו לדעת כיצד דלדול חמצן משפיע על המוח וכיצד השינויים הללו מתרחשים. ידוע שחנקן אוקסיד מעורב בשחרור גלוטמט במוח כשיש מחסור בחמצן, אבל המנגנון לא היה ברור".
ד"ר האן-יינג וואנג, חוקר ביחידת התפקוד הסלולרי והמולקולרי לשעבר ב-OIST והמחבר הראשי של המחקר
במהלך שבץ מוחי, כאשר המוח חסר חמצן, אמנזיה – אובדן זיכרונות אחרונים – יכולה להיות אחד התסמינים. חקירת ההשפעות של מחסור בחמצן על המוח חשובה בגלל היתרונות הרפואיים הפוטנציאליים. "אם נוכל לברר מה משתבש בנוירונים האלה כשאין להם חמצן, זה עשוי להצביע על איך לטפל בחולי שבץ מוחי", ד"ר פטריק סטוני, מדען ביחידה למדעי המוח החושי וההתנהגותי של OIST וחבר לשעבר ב-OIST. יחידת התפקוד הסינפטי הסלולרי והמולקולרי, הוסבר.
רקמות מוח מעכברים הונחו בתמיסת מלח, המחקה את הסביבה הטבעית במוח החי. בדרך כלל, תמיסה זו מחומצת כדי לעמוד בדרישות החמצן הגבוהות של רקמת המוח. עם זאת, החלפת החמצן בחנקן אפשרה לחוקרים למנוע מהתאים חמצן לפרקי זמן מדויקים.
לאחר מכן נבדקו הרקמות במיקרוסקופ והונחו עליהן אלקטרודות כדי לתעד את הפעילות החשמלית של התאים הבודדים. התאים קיבלו גירוי באופן המחקה את האופן שבו הם יגורו בעכברים חיים.
עצירת זיכרון ופעילות למידה
המדענים גילו ששמירה על aLTP דורשת ייצור NO הן בתאי העצב והן בכלי הדם במוח. מדענים משתפים פעולה מהיחידה להדמיה אופטית של OIST הראו כי בנוסף לנוירונים וכלי דם, aLTP דורש פעילות של אסטרוציטים, סוג אחר של תאי מוח. אסטרוציטים מחברים ותומכים בתקשורת בין נוירונים וכלי דם.
"תחזוקה ארוכת טווח של aLTP דורשת סינתזה מתמשכת של תחמוצת החנקן. סינתזת NO מתקיימת בעצמה, נתמכת על ידי לולאת ה-NO-גלוטמט, אך חוסמת שלבים מולקולריים לסינתזה של NO או כאלה המפעילים שחרור גלוטמט משבשים בסופו של דבר את הלולאה ומפסיקים את aLTP ", הסביר פרופ' טומויוקי טקהאשי, מנהיג היחידה לשעבר לתפקוד סלולרי ומולקולרי ב-OIST.
יש לציין כי התהליכים הסלולריים התומכים ב-aLTP משותפים לאלו המעורבים בחיזוק ולמידה של זיכרון (LTP). כאשר aLTP קיים, הוא חוטף פעילויות מולקולריות הנדרשות ל-LTP והסרת aLTP יכולה להציל את מנגנוני שיפור הזיכרון הללו. זה מצביע על כך ש-aLTP מתמשך עשוי לחסום את היווצרות הזיכרון, אולי מסביר מדוע לחלק מהחולים יש אובדן זיכרון לאחר שבץ קצר.
פרופ' טקהאשי הדגיש כי יצירת לולאת משוב חיובית הנוצרת בין גלוטמט ל-NO כאשר המוח חסר חמצן באופן זמני היא ממצא חשוב. זה מסביר את aLTP לאורך זמן ועשוי להציע פתרון לאובדן זיכרון שנגרם מחוסר חמצן.
