מדעני מוח מרפואת ג'ונס הופקינס אומרים שהם קבעו כיצד מולקולת פני תא המוח מעצבת את האופן שבו נוירונים מסוימים מתנהגים.
המחקר, שפורסם ב-2 באוקטובר ב טֶבַעחושפת כיצד מולקולה, הקולטן החדיר לסידן (CP)-AMPA, מדכאת את יכולתו של נוירון ספציפי לשים לב לרמזים חיצוניים ספציפיים, כגון עגילים של חברך, על פי המחקר בעכברים מהונדסים גנטית. הבנה מדוע נוירונים מסוימים פחות "בררניים" לגבי תגובתם לרמזים מסוימים עשויה גם לסייע לחוקרים לחקור סכיזופרניה, אפילפסיה ואוטיזם -; תנאים המסומנים על ידי עיבוד לקוי של רמזים חיצוניים והפצצות שגויות של נוירונים במוח היונקים.
"גילינו שלתת-הסוג החדיר לסידן של קולטני AMPA יש תפקיד נוסף של דיכוי הסלקטיביות של נוירון נתון", אומרת אינגי הונג, Ph.D., מחברת ראשונה ומדריכה למדעי המוח באוניברסיטת ג'ונס הופקינס לרפואה.
עד כה, תפקידם של הקולטנים הספציפיים הללו במוח היונקים הרחב יותר כפי שהוא מתפקד בחיי היומיום היה בגדר תעלומה".
אינגי הונג, רפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס
יחד עם הונג, המחקר הובל על ידי ריצ'רד הוגיניר, Ph.D., פרופסור מובהק של בלומברג למדעי המוח ולמדעי הפסיכולוגיה והמוח ומנהל המחלקה למדעי המוח של סולומון ה. סניידר בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס, שהיה חקר קולטני AMPA במשך יותר מ-40 שנה.
קולטני AMPA הם קריטיים להעברה מהירה של מידע ויצירת זיכרון במוח, כגון שמיעה וזכירת שמו של אדם. תת-הסוג של קולטני AMPA במחקר זה, קולטני CP-AMPA, פועלים כ"שער" המוריד את הסלקטיביות של נוירוני ה-parvalbumin (PV), שהם מעכבים ובכך גורמים לעיכוב לא סלקטיבי לנוירונים סמוכים, אומרים החוקרים.
"נוירונים סלקטיביים יגיבו למשהו ממש ספציפי, למשל, השפם של סבא שלך, בעוד נוירונים פחות סלקטיביים יגיבו גם לפנים או אנשים שונים", אומר הונג. "חיפשנו את המנגנונים והמולקולות השולטות בספציפיות הזו, או הסלקטיביות, וכיצד היא משתבשת במצבים כמו אוטיזם ואפילפסיה, שבהם נוירונים מעוררים יכולים לקבל גירוי יתר".
החוקרים מצאו גם שמוטציות של GluA2, תת-יחידת חלבון בתוך הקולטן CP-AMPA, קשורות למוגבלות אינטלקטואלית.
"מוטציות אנושיות בתת-יחידת ה-GluA2 של קולטני AMPA, המווסתת את חדירות הסידן של הקולטן, יכולות להוביל למוגבלות אינטלקטואלית ולאוטיזם", אומר הסופר הבכיר הוגיניר. "זה מצביע על שליטה הדוקה של חדירות סידן לקולטן AMPA חיונית לקוגניציה האנושית."
באופן ספציפי, החוקרים התמקדו בקולטני CP-AMPA בשני אזורים נפרדים במוח, קליפת המוח, שבה נוירונים מעבדים מידע חזותי, וההיפוקמפוס, שבו נוירונים מגיבים ל"איפה אתה נמצא, לאן פניך מועדות, או לאן יש לך היה," אומר הונג.
כדי לבצע את המחקר שלהם, המדענים פיתחו וקטורים חדשים של וירוסים הקשורים לאדנו כדי להחליף את קולטני AMPA חדירים לסידן בעמיתים בלתי חדירים ולבטא אותם במוח העכבר. הם אומרים שהם מקווים שהווקטורים האלה יכולים לעזור בטיפול בהפרעות הנובעות ממוטציות בקולטן AMPA בעתיד.
כדי למפות את הסלקטיביות של נוירונים PV, המדענים השתמשו בטכניקות הדמיה מתקדמות כדי לצפות במבנה הנוירון ובפעילותו עמוק בתוך מוחות עכברים מהונדסים גנטית תוך שהם מציגים להם גירויי וידאו.
"ברוב המקרים, מצאנו כי נוירוני PV אלו, שהם בדרך כלל פחות סלקטיביים, הפכו יותר סלקטיביים לגירויים חזותיים כמו גם למיקום מרחבי כאשר החלפנו קולטני CP-AMPA למולקולות אטומות, מה שגרם לנוירונים מעכבים לפעול יותר כמו נוירונים מעוררים, " אומר הונג.
החוקרים אומרים שהכמות הגבוהה של קולטני CP-AMPA בנוירונים PV נשמרת היטב על פני מינים רבים של יונקים, כולל בני אדם.
"הפיכת עיכוב תאי עצב לפחות סלקטיבי הופך את המעגלים העצביים שלנו ליעילים יותר ממינים שאין להם תכונה מולקולרית זו", אומר הונג. "זה כנראה גם אומר שהרשתות העצביות שלנו יציבות יותר".
הונג אומר שלמחקר החדש עשויות להיות השלכות גם על למידת מכונה המשמשת בבינה מלאכותית.
"בלמידת מכונה, יש הרבה נוירונים 'מלאכותיים' ממוחשבים שמאומנים להיות מאוד סלקטיביים או פחות סלקטיביים", הוא אומר. "אנחנו מנסים למצוא כיצד יחידות ספציפיות ופחות ספציפיות יכולות לעבוד יחד כדי לתת לנו מכונות חכמות יותר ובינה מלאכותית חכמה יותר."
בשלב הבא, המדענים מתכוונים לחקור מולקולות קריטיות אחרות הידועות כמשנות קוגניציה. במדעי המוח הקליניים, אומר הונג, הבנה טובה יותר של אילו מולקולות מוח תורמות לחישובים נוירונים מוטים בחולים יכולה לקדם את החיפוש אחר מטרות טיפול תרופתי בהפרעות פסיכיאטריות עם מרכיב גנטי, תחום ניצני שהונג מכנה "טיפול נוירו-חישובי".
