Παράκαμψη προς το κυρίως περιεχόμενο
Έρευνα του ΙΤΕ ρίχνει φως στη λειτουργία των ενδονευρώνων ταχείας πυροδότησης

Από αριστερά, η Δρ ΠΑναγιώτα Ποϊράζη, η υποψήφια διδάκτορας Αλεξάνδρα Τζιλιβάκη, ο Δρ Γιώργος Καστελάκης

Έρευνα του ΙΤΕ ρίχνει φως στη λειτουργία των ενδονευρώνων ταχείας πυροδότησης

  • A-
  • A+

Μια σημαντική έρευνα η οποία αμφισβητεί την υπάρχουσα θεωρία για τη λειτουργία των ενδονευρώνων ταχείας πυροδότησης, εγκεφαλικών κυττάρων που αθροίζουν τα ερεθίσματα και στη συνέχεια μεταφέρουν το μήνυμα στα επόμενα κύτταρα, δημοσιεύθηκε στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications, υπό τον τίτλο: «Αμφισβητώντας το δόγμα του σημειακού νευρώνα: Οι ενδονευρώνες ταχείας πυροδότησης ως μη γραμμικά νευρωνικά δίκτυα».

Η έρευνα πραγματοποιήθηκε από την υποψήφια Διδάκτορα Αλεξάνδρα Τζιλιβάκη, με τη συμμετοχή του μεταδιδακτορικού συνεργάτη Δρος Γιώργου Καστελάκη, υπό την επίβλεψη της Δρος Παναγιώτας Ποϊράζη.

Η ανακάλυψη των ερευνητών του ΙΤΕ φέρνει στο φως τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα αυτά ενσωματώνουν τα ερεθίσματα που δέχονται με τη χρήση πολύπλοκων, μη γραμμικών υπολογισμών στους δενδρίτες τους, αποτέλεσμα που προσβάλλει την υπάρχουσα θεωρία που θέλει τους ενδονευρώνες να έχουν απλούς, γραμμικούς δενδρίτες.

Οι ενδονευρώνες είναι η κύρια κατηγορία ανασταλτικών κυττάρων στον εγκέφαλο των θηλαστικών (ανασταλτικοί νευρώνες είναι τα φρένα του εγκεφάλου: καταστέλλουν τη νευρική δραστηριότητα των κυττάρων με τα οποία συνδέονται). Οι ενδονευρώνες διακρίνονται για την εξαιρετική ποικιλομορφία τους, τόσο στη δομή, όσο και στην μοριακή και πρωτεϊνική τους σύνθεση.

Παρά την χαρακτηριστική τους πολυπλοκότητα και ανομοιογένεια, τα κύτταρα αυτά θεωρούνταν μέχρι σήμερα ως απλοί ελεγκτές της διεγερσιμότητας των νευρικών κυκλωμάτων, με στόχο την ομαλή λειτουργία του εγκεφάλου. Η διακοπή της σωστής λειτουργίας τους έχει συσχετιστεί με διάφορες νευροεκφυλιστικές διαταραχές όπως η νόσος του Alzheimer, η νόσος του Parkinson, η επιληψία κ.λπ.

Για δεκαετίες, οι ερευνητές υπέθεταν ότι οι ενδονευρώνες απλά άθροιζαν τα εισερχόμενα ερεθίσματα που δέχονταν και, εφόσον το αποτέλεσμα ήταν αρκετά ισχυρό, πυροδοτούνταν μεταφέροντας έτσι το μήνυμα στα επόμενα κύτταρα. Η θεώρηση αυτή οδήγησε στο δόγμα του «σημειακού νευρώνα», δηλαδή εκείνου που απλώς αθροίζει τα ερεθίσματα που λαμβάνει χωρίς να τα επηρεάζει – ως εκ τούτου αναπαρίστανται «σημειακά», δηλαδή σαν ένα απλό σημείο. Πρόσφατα πειραματικά ευρήματα ωστόσο αναφέρουν μη γραμμικά δενδριτικά γεγονότα σε πολλούς τύπους ενδονευρώνων, υποδηλώνοντας ότι τα κύτταρα αυτά πιθανά να είναι κάτι παραπάνω από σημειακά.

Οι ερευνητές του ΙΤΕ ανέπτυξαν ένα σύνολο υπολογιστικών μοντέλων που καλύπτουν δύο περιοχές του εγκεφάλου, τον ιππόκαμπο και τον προμετωπιαίο φλοιό. Οι περιοχές αυτές εμπλέκονται σε διαδικασίες μνήμης και μάθησης και εμφανίζουν αλλοιώσεις σε πληθώρα ασθενειών που προσβάλουν την μνήμη.

Τα μοντέλα χρησιμοποιήθηκαν για να μελετήσουν οι ερευνητές το πώς οι δενδρίτες επεξεργάζονται τα ερεθίσματα που δέχονται και τον τρόπο με τον οποίο η επεξεργασία αυτή θα μπορούσε να ενισχύσει την συμβολή των κυττάρων αυτών σε διαδικασίες μνήμης και μάθησης.

Τα υπολογιστικά μοντέλα που αναπτύχθηκαν περιλάμβαναν α) λεπτομερείς αναπαραστάσεις των βιολογικών νευρώνων, β) απλοποιημένες μαθηματικές εκδοχές αυτών βασιζόμενες σε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και γ) μοντέλα δικτύων από νευρώνες που έχουν την ικανότητα να δημιουργούν νέες μνήμες.

Το πρώτο ενδιαφέρον εύρημα ήταν ότι σε όλα τα μοντέλα που δοκιμάστηκαν, και στις δύο περιοχές του εγκεφάλου, οι ενδονευρώνες ταχείας πυροδότησης είχαν δύο είδη μη γραμμικών δενδριτών. Εκείνους που μπορούσαν να ενισχύσουν τα εισερχόμενα ερεθίσματα (υπερ-γραμμικοί) και αυτούς που μπορούσαν να τα καταστείλουν (υπο-γραμμικοί).

Η παρουσία αυτών των μη-γραμμικών δενδριτικών ιδιοτήτων επέτρεψε σε μεμονωμένους ενδονευρώνες να παράγουν ένα ευρύ φάσμα αποκρίσεων που δεν θα μπορούσαν να παραχθούν από ένα απλό σημειακό νευρώνα. Οι ερευνητές μάλιστα ανέπτυξαν ένα νέο θεωρητικό μοντέλο ικανό να εξηγήσει το φάσμα αποκρίσεων που παράγουν αυτά τα κύτταρα.

Σύμφωνα με τη νέα θεωρία, οι συγκεκριμένοι ενδονευρώνες λειτουργούν ως 2-επιπέδων νευρωνικά δίκτυα με κόμβους αντίστοιχους των δενδριτικών ιδιοτήτων τους. Το αναπάντεχο αυτό εύρημα θέτει υπό αμφισβήτηση την μέχρι προσφάτως αποδεκτή θεωρία ότι οι ενδονευρώνες ταχείας πυροδότησης λειτουργούν ως απλά σημειακά κύτταρα, χωρίς δενδριτική επεξεργασία των ερεθισμάτων τους.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα υπολογιστικό νευρικό μικροκύκλωμα, που χρησιμοποιήθηκε για να δημιουργήσει απλές μνήμες, και μελέτησαν τον τρόπο με τον οποίο οι ενδονευρώνες συμβάλλουν στη δημιουργία τους.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι μη γραμμικοί δενδρίτες των ενδονευρώνων ταχείας πυροδότησης μπορούν να ενισχύσουν σημαντικά τη δημιουργία και παγίωση μνημών. Συνοπτικά, η έρευνα αυτή παρουσιάζει μια νέα θεώρηση για τον τρόπο λειτουργίας των ενδονευρώνων, και επεκτείνεται σε δυο περιοχές σχετικές με τη μνήμη: τον ιπποκάμπο και τον προμετωπιαίο φλοιό.

Παρέχει επίσης μια ακριβέστερη μαθηματική περιγραφή του τρόπου με τον οποίο οι νευρώνες αυτοί κωδικοποιούν τις εισερχόμενες πληροφορίες, γεγονός που μπορεί να έχει μελλοντικά σημαντικές επιρροές σε πεδία πέρα από τη Νευροεπιστήμη, όπως αυτά της μηχανικής μάθησης και της τεχνητής νοημοσύνης.

Περαιτέρω πειραματικές δοκιμασίες αναμένεται να ενισχύσουν την κατανόησή μας για το πώς τα κύτταρα αυτά συμβάλλουν στη μάθηση και τη μνήμη.

ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΝΕΑ
Πέντε κοινοί μύθοι για τη συνείδηση
Η έννοια της συνείδησης (consciousness) αναφέρεται σε κάποια υποκειμενική εμπειρία (πχ στην απολαυστική γεύση της Νουτέλα, στον οξύ πονόδοντο, στην αίσθηση ότι ο χρόνος κυλάει αργά όταν βαριόμαστε), στην...
Πέντε κοινοί μύθοι για τη συνείδηση
ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΝΕΑ
Η έναρξη του Εθνικού Δικτύου Κλιματικής Αλλαγής
Την έναρξη λειτουργίας του Εθνικού Δικτύου Παρακολούθησης Κλιματικής Αλλαγής και των επιπτώσεών της ανακοίνωσαν ο αναπληρωτής υπουργός Κ. Φωτάκης και η Γ.Γ Ερευνας και Τεχνολογίας Πατρίτσια Κυπριανίδου
Η έναρξη του Εθνικού Δικτύου Κλιματικής Αλλαγής
ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΝΕΑ
Δέκα νέα πράγματα που μάθαμε για τον εγκέφαλο το 2018
Ο εγκέφαλος, παρόλο που είναι το πιο ζωτικό όργανό μας, αυτό που καθορίζει το ποιοί είμαστε και τον τρόπο που βλέπουμε τον κόσμο και τους άλλους, παραμένει σε μεγάλο βαθμό ένα μυστήριο. Αλλά οι επιστήμονες...
Δέκα νέα πράγματα που μάθαμε για τον εγκέφαλο το 2018
ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΝΕΑ
Ένας στους τέσσερις άνω των 25 κινδυνεύουν να πάθουν εγκεφαλικό
Ο ένας στους τέσσερις ανθρώπους άνω των 25 ετών στον κόσμο -και στην Ελλάδα- κινδυνεύει να πάθει εγκεφαλικό κάποια στιγμή στη ζωή του, σύμφωνα με μια νέα διεθνή επιστημονική μελέτη, την πρώτη που εκτιμά τον...
Ένας στους τέσσερις άνω των 25 κινδυνεύουν να πάθουν εγκεφαλικό
ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΝΕΑ
Έλληνας νευροεπιστήμονας ανακάλυψε νέα περιοχή στον ανθρώπινο εγκέφαλο
Μια νέα, άγνωστη έως τώρα, περιοχή στον ανθρώπινο εγκέφαλο, ανακάλυψε ο Έλληνας καθηγητής της διασποράς Γιώργος Παξινός, ερευνητής στο Ινστιτούτο Ερευνών Νευροεπιστήμης της Αυστραλίας (Neuroscience Research...
Έλληνας νευροεπιστήμονας ανακάλυψε νέα περιοχή στον ανθρώπινο εγκέφαλο
ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΝΕΑ
Τεχνητή Νοημοσύνη... παρκαδόρος
Από τη συνεργασία του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου της Βιέννης με το κορυφαίο αμερικανικό Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) προέκυψε ένα τεχνητό νευρωνικό δίκτυο ικανό να μανουβράρει και να παρκάρει...
Τεχνητή Νοημοσύνη... παρκαδόρος

Η efsyn.gr θεωρεί αυτονόητο ότι οι αναγνώστες της έχουν το δικαίωμα του σχολιασμού, της κριτικής και της ελεύθερης έκφρασης και επιδιώκει την αμφίδρομη επικοινωνία μαζί τους.

Διευκρινίζουμε όμως ότι δεν θέλουμε ο χώρος σχολιασμού της ιστοσελίδας να μετατραπεί σε μια αρένα απαξίωσης και κανιβαλισμού προσώπων και θεσμών. Για τον λόγο αυτόν δεν δημοσιεύουμε σχόλια ρατσιστικού, υβριστικού, προσβλητικού ή σεξιστικού περιεχομένου. Επίσης, και σύμφωνα με τις αρχές της Εφημερίδας των Συντακτών, διατηρούμε ανοιχτό το μέτωπο απέναντι στον φασισμό και τις ποικίλες εκφράσεις του. Έτσι, επιφυλασσόμαστε του δικαιώματός μας να μην δημοσιεύουμε ανάλογα σχόλια.

Σε όσες περιπτώσεις κρίνουμε αναγκαίο, απαντάμε στα σχόλιά σας, επιδιώκοντας έναν ειλικρινή και καλόπιστο διάλογο.

Η efsyn.gr δεν δημοσιεύει σχόλια γραμμένα σε Greeklish.

Τέλος, τα ενυπόγραφα άρθρα εκφράζουν το συντάκτη τους και δε συμπίπτουν κατ' ανάγκην με την άποψη της εφημερίδας