بعد أكثر من عقد من اكتشاف دور الخلايا العصبية الهرمية في التمثيلات الذهنية للمكان والمكان ، قدمت مجموعة من الباحثين البرازيليين والأمريكيين مساهمة مهمة في فهم العلماء لنظام الملاحة في الدماغ من خلال تحديد نوع فرعي من هذه الخلايا العصبية التي يمكنها قياس السرعة بدقة كبيرة.
قال ألكسندر كيهارا ، عالم الأعصاب في الجامعة الفيدرالية في ABC في ولاية ساو باولو بالبرازيل ، لوكالة Agência FAPESP: “في التجارب التي أجريت على الحيوانات ، أظهرنا ارتباطًا بين النشاط الكهربائي للعصبونات الداخلية المثبطة وتمثيلات السرعة في الدماغ”. كيهارا هو مؤلف مشارك لمقال عن الدراسة نُشر في التقارير العلمية.
توجد الخلايا العصبية المثيرة والأعصاب الداخلية المثبطة في الحُصين ، وهي بنية دماغية ثنائية في الفص الصدغي (خلف الأذنين) ترتبط بتكوين ذكريات جديدة ، والتعلم ، والعواطف ، وكما تم اكتشافه مؤخرًا ، التمثيل المكاني. تعمل الخلايا العصبية المثيرة على تنشيط الخلايا العصبية الأخرى ، بينما تعيقها أو تمنعها الخلايا العصبية الداخلية المثبطة. يمكنهم معًا تعديل الإشارات في مناطق الدماغ لتجنب النشاط الزائد المرتبط بالنوبات ، على سبيل المثال.
قالت جوليان ميدوري إيكيبارا Juliane Midori Ikebara ، الحاصلة على درجة البكالوريوس في العلوم والتكنولوجيا ودكتوراه. في علم الأعصاب والإدراك من UFABC.
إيكيبارا هو المؤلف الرئيسي للمقال ، إلى جانب بيتر شويت ، الباحث في قسم علم النفس بجامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس (UCLA) في الولايات المتحدة.
عند تحليل صور الفيديو للنشاط العصبي في الفئران ، لاحظت المجموعة أيضًا أن الخلايا العصبية المثبطة تتفاعل بشكل مختلف مع التغيرات في البيئة مثل الدوران أو الحجم. وقال كيهارا: “كانت أكثر استقرارًا من الخلايا العصبية المثيرة ، والتي تغير أحيانًا ترميز الموضع استجابة للتغيرات البيئية”.
هذا السلوك غير معروف وقد يكون مرتبطًا بالذاكرة المكانية. قال كيهارا ، الذي أشرف على شهادة الدكتوراه في إيكيبارا: “قد تكون هذه الخلايا العصبية الأكثر استقرارًا مرتبطة بالقدرة على تذكر الطرق أو موقع غرفة المعيشة أو الحمام عندما نستيقظ في نفس المنزل ، على سبيل المثال”. ابحاث.
من الناحية العملية ، لاحظ إيكيبارا أن هذه هي الدراسة الأولى التي تثبت وظائف الخلايا المثبطة ، والتي تمثل أقل من 10٪ من الخلايا العصبية الهرمية. نشأت فكرة دراسة هذه الخلايا أثناء دراستها لنيل شهادة الدكتوراه في الولايات المتحدة في 2020-2021. بعد حصولها على منحة دراسية من FAPESP ، ذهبت للعمل لفترة في مختبر UCLA بقيادة البروفيسور أفيشيك أديكاري ، المؤلف المقابل لـ التقارير العلمية المقال ، لتعلم كيفية بناء المجهر المصغر المستخدم لتسجيل النشاط الكهربائي للخلايا العصبية.
الجهاز القياسي المستخدم في هذا النوع من التجارب ، وهو جهاز Miniscope المطور في جامعة ستانفورد ، أيضًا في كاليفورنيا ، يُباع بسعر باهظ. “منذ حوالي سبع سنوات ، فتحته مجموعة في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، ودرسوا ما يحتويه ، ونشروا مخططًا مجانيًا ، مع تعليمات محددة جيدًا لبناءه واستخدامه. وبفضل هذا العمل الفذ ، قام مئات الباحثين في بلدان أخرى قال أديكاري ، الذي عاش في ساو باولو ، “لقد تمكنت من الحصول على التكنولوجيا”.
بالإضافة إلى المجهر المصغر الذي صنعه Ikebara ، الذي جلب التكنولوجيا إلى UFABC ، تتضمن دراسة النشاط الكهربائي للخلايا العصبية في الفئران أيضًا أجهزة الاستشعار الحيوية والخوارزميات. وأوضح إيكبارا: “أولاً ، تم حقن الفئران بفيروس يحمل تعليمات لإصابة الخلايا وجعلها تنتج بروتينًا يتألق في وجود مستويات متزايدة من الكالسيوم ، والتي تحدث عندما يتم تنشيط الخلايا”.
ثم تم وضع عدسة أسطوانية فوق الحُصين ، وتم تثبيت المجهر المصغر على سطح الجمجمة لتوثيق نشاط الخلايا العصبية. أثناء التجارب ، تم وضع الحيوانات في حاويات تم تدويرها وصنعها لتغيير الحجم أو الشكل.
بعد تسجيل مئات الساعات من مقاطع الفيديو ، استخدم الباحثون نظرية المعلومات والخوارزميات لتعيين الخلايا العصبية المنشطة بالتزامن مع مواقع الفئران في العبوات.
قال أديكاري لوكالة Agência FAPESP: “وجدنا أنه من الممكن التنبؤ بدقة شديدة بمكان وجود الفأر في البيئة فقط من خلال النظر إلى خريطة الخلايا العصبية التي يتم تنشيطها كهربائيًا ، دون الحاجة إلى مشاهدة مقاطع الفيديو”.
وفقًا لـ Ikebara ، تساهم النتائج في فهم أفضل لكيفية تتبع الأشخاص للمعلومات والاحتفاظ بها حول الطرق وتعلم مواقع جديدة. استنادًا إلى الأبحاث السابقة حول آثار الحرمان من الأكسجين عند الولادة على أدمغة الفئران البالغة ، قال إيكيبارا إن هذه الاكتشافات الأخيرة تشير إلى طرق للمضي قدمًا في التحقيق في الصعوبات لتعلم طرق ومواقع جديدة لدى الأشخاص المصابين بمرض الزهايمر وأمراض التنكس العصبي الأخرى.
يمكن أن يؤدي الحرمان من الأكسجين عند الولادة إلى عجز في الذاكرة المكانية ، وهي مشكلة ارتبطت أيضًا بالتغيرات في الخلايا العصبية المثبطة.
أجرت إيكيبارا شهادة الدكتوراه. بحث تحت رعاية برنامج الدراسات العليا في علم الأعصاب والإدراك بجامعة UFABC ، مع إشراف كيهارا والبروفيسور سيلفيا تاكادا.
معلومات اكثر:
شويت بيتر جيه وآخرون ، الخلايا العصبية GABAergic CA1 أكثر استقرارًا بعد تغيرات السياق من الخلايا الجلوتاماتيكية ، التقارير العلمية (2022). DOI: 10.1038 / s41598-022-13799-6