(L) Nova teorio de sinapsa formado en la cerbo - homeostazo (2013)

Nova teorio pri sinapsa formado en la cerbo

Reorganizado en la vida kortekso: antaŭ (maldekstre) kaj ĝuste post damaĝo al la retino (centro), kaj en posta fazo (dekstre). La plej multaj el la neŭronoj en la zono kie projektas bildojn el la damaĝita retino povas atingi sian originalon ...pli

La homa cerbo daŭre ŝanĝiĝas dum la vivo de homo. Novaj ligoj estas kontinue kreitaj dum sinapsoj ne plu uzataj degeneras. Ĝis nun oni scias malmulte pri la mekanismoj malantaŭ ĉi tiuj procezoj. La neŭroinformatisto de Jülich doktoro Markus Butz nun povis atribui la formadon de novaj neŭralaj retoj en la vida kortekso al simpla homeostata regulo, kiu ankaŭ estas la bazo de multaj aliaj memregulaj procezoj en la naturo. Kun ĉi tiu klarigo, li kaj lia kolego D-ro Arjen van Ooyen el Amsterdamo ankaŭ donas novan teorion pri la plastikeco de la cerbo - kaj novan aliron al komprenado de lernaj procezoj kaj traktado de cerbaj vundoj kaj malsanoj.

La cerbo de plenkreskaj homoj estas neniel malfacilaj. Sciencistoj plurfoje konstatis ĉi tiun fakton dum la lastaj jaroj per malsamaj bildigaj teknikoj. Ĉi tiu nomata neuroplastikeco ne nur ludas ŝlosilan rolon en lernadaj procezoj, sed ankaŭ ebligas la cerbon resaniĝi de vundoj kaj kompensi la perdon de funkcioj. Esploristoj nur lastatempe eksciis, ke eĉ en la plenkreska cerbo, ne nur ekzistantaj sinapsoj adaptiĝas al novaj cirkonstancoj, sed novaj ligoj konstante formiĝas kaj reorganiziĝas. Tamen oni ankoraŭ ne sciis, kiel tiuj naturaj reordigaj procezoj estas kontrolitaj en la cerbo. En la malfermaĵa gazeto PLOS Komputada Biologio, Butz kaj van Ooyen nun prezentas simplan regulon, kiu klarigas kiel ĉi tiuj novaj retoj de neŭronoj formiĝas.

"Estas tre verŝajne, ke la struktura plastikeco de la cerbo estas la bazo por longtempa memora formado," diras Markus Butz, kiu laboris en la ĵus fondita Simula Laboratoria Neŭroscienco ĉe la Jülich Superkomputada Centro dum la pasintaj monatoj. “Kaj temas ne nur pri lernado. Post la amputado de ekstremaĵoj, cerba vundo, ekapero de neŭrodegeneraj malsanoj kaj batoj, grandega nombro da novaj sinapsoj formiĝas por adapti la cerbon al la daŭraj ŝanĝoj en la ŝablonoj de alvenantaj stimuloj. "

Aktiveco reguligas sinapso-formadon

Ĉi tiuj rezultoj montras, ke la formado de novaj sinapsoj estas pelata de la tendenco de neŭronoj konservi "antaŭdifinitan" elektran agadon. Se la averaĝa elektra agado falas sub certa sojlo, la neŭronoj komencas aktive konstrui novajn kontaktopunktojn. Ĉi tiuj estas la bazo por novaj sinapsoj, kiuj liveras aldonan enigon - la neŭrona pafrapideco pliiĝas. Ĉi tio ankaŭ funkcias inverse: tuj kiam la agadnivelo superas supran limon, la nombro de sinaptaj ligoj reduktiĝas por malebligi iun troeksciton - la neŭronpafado falas. Similaj formoj de homeostazo ofte okazas en naturo, ekzemple en la regulado de korpotemperaturo kaj sangosukeraj niveloj.

Tamen Markus Butz emfazas, ke ĉi tio ne funkcias sen certa minimuma ekscito de la neŭronoj: "Neŭrono, kiu ne plu ricevas stimulojn, perdas eĉ pli da sinapsoj kaj formortos post iom da tempo. Ni devas konsideri ĉi tiun limigon, se ni volas, ke la rezultoj de niaj simuladoj konsentu kun observoj. " Uzante la vida kortekso kiel ekzemplo, la neŭrosciencistoj studis la principojn laŭ kiuj neŭronoj formas novajn rilatojn kaj forlasas ekzistantajn sinapsojn. En ĉi tiu regiono de la cerbo, ĉirkaŭ 10% de la sinapsis estas kontinue regeneritaj. Kiam la retino damaĝas, ĉi tiu procento pliiĝas ankoraŭ pli. Uzante komputilajn simuladojn, la aŭtoroj sukcesis rekonstrui la reorganizadon de la neŭronoj tiel ke konformas al eksperimentaj rezultoj de la vida kortekso de musoj kaj simioj kun difektitaj retinoj.

La vida kortekso estas aparte taŭga por montri la novkreskan regulon, ĉar ĝi havas posedaĵon nomatan retinotopio: Ĉi tio signifas, ke punktoj projektitaj unu apud la alia sur la retino ankaŭ estas aranĝitaj unu apud la alia, kiam ili estas projekciitaj sur la vidan kortekson, nur kiel sur mapo. Se areoj de la retino estas damaĝitaj, la ĉeloj sur kiuj projektas la asociitajn bildojn ricevas malsamajn enigaĵojn. "En niaj simuladoj, vi povas vidi, ke areoj, kiuj ne plu ricevas enigon de la retino, komencas krei ligojn, kiuj permesas al ili ricevi pli da signaloj de siaj najbaraj ĉeloj," diras Markus Butz. Ĉi tiuj krucligoj formiĝas malrapide de la rando de la difektita areo al la centro, en procezo simila al la resanigo de vundo, ĝis la originala agadnivelo pli-malpli restariĝas.

Sinaptika kaj struktura plastikeco

"La nova kreskoregulo provizas strukturan plastikecon kun principo preskaŭ same simpla kiel tiu de sinapta plastikeco", diras kunaŭtoro Arjen van Ooyen, kiu laboras pri modeloj por la disvolviĝo de neŭralaj retoj de jardekoj. Jam en 1949, psikologia profesoro Donald Olding Hebb malkovris, ke ligoj inter neŭronoj kiuj ofte estas aktivigitaj fariĝos pli fortaj. Tiuj, kiuj interŝanĝas malmultajn informojn, fariĝos pli malfortaj. Hodiaŭ multaj sciencistoj kredas, ke ĉi tiu Hebba principo ludas centran rolon en procezoj de lernado kaj memoro. Dum sinapta plasticeco okupiĝante ĉefe pri mallongperspektivaj procezoj, kiuj daŭras de kelkaj milisekundoj ĝis kelkaj horoj, struktura plastikeco etendiĝas dum pli longaj tempokanaloj, de pluraj tagoj ĝis monatoj.

Struktura plastikeco tial ludas aparte gravan rolon dum la (frua) rehava fazo de pacientoj tuŝitaj de neŭrologiaj malsanoj, kiu daŭras ankaŭ dum semajnoj kaj monatoj. La vizio pelanta la projekton estas, ke valoraj ideoj por kuracado de strikaj pacientoj povus rezulti el precizaj prognozoj pri sinapsa formado. Se kuracistoj scius, kiel la cerba strukturo de paciento ŝanĝiĝos kaj reorganiziĝos dum kuracado, ili povus determini la idealajn tempojn por fazoj de stimulo kaj ripozo, tiel plibonigante kuracadon.

Nova alproksimiĝo por multnombraj aplikoj

“Antaŭe oni supozis, ke struktura plastikeco ankaŭ sekvas la principon de Hebbana plastikeco. La trovoj sugestas, ke struktura plastikeco estas regata de la homeostata principo anstataŭe, kiu antaŭe ne estis konsiderata ", diras prof. Abigail Morrison, estro de la Simula Laboratoria Neŭroscienco ĉe Jülich. Ŝia teamo jam integras la novan regulon en la libere alirebla simulila programaro NEST, kiun uzas multaj sciencistoj tutmonde.

Ĉi tiuj trovoj ankaŭ gravas por la Projekto pri Homa Cerbo. Neŭrosciencistoj, medicinaj sciencistoj, komputikistoj, fizikistoj kaj matematikistoj en Eŭropo laboras manon en mano por simuli la tutan homan cerbon sur altkvalitaj komputiloj de la sekva generacio por pli bone kompreni kiel ĝi funkcias. “Pro la kompleksa sinapta cirkvito en la homo cerbo, ne estas kredinde, ke ĝiaj kulpaj toleremo kaj fleksebleco atingiĝas surbaze de statikaj ligaj reguloj. Modeloj do necesas por memorganiza procezo ", diras prof. Markus Diesmann de la Instituto pri Neŭroscienco kaj Medicino de Jülich, kiu partoprenas la projekton. Li estras Komputilan kaj Sisteman Neŭrosciencon (INM-6), subinstituton laborantan ĉe la interfaco inter neŭroscienca esplorado kaj simulada teknologio.

http://m.ph-cdn.com/tmpl/v4/img/1x1.gifEsploru plue: Re-lerni kiel vidi: Esploristoj trovas kerna surŝaltita en vida disvolviĝo

Pli da informoj: Simpla regulo por dendrita vertebra kaj axona butonformado povas enkalkuli kortikan reorganizadon post fokusaj retinaj lezoj, Markus Butz, Arjen van Ooyen, PLoS Comput Biol (eldonita interreta 10 oktobro 2013); DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1003259