Ученые из Института нейробиологии Макса Планка в Мартинсриде под Мюнхеном сделали решительный шаг к ответу на этот вопрос. Им удалось продемонстрировать, что при формировании синапса все компоненты должны расти скоординированным образом. Это единственный способ сформировать долговременный функционирующий синапс — основное условие процессов обучения и памяти. Такая интерактивная система должна позволять замену отдельных молекул, в то время как другие компоненты стабилизируют синапс.
Ничто не вечно. Этот принцип также применим к белкам, которые составляют точки контакта между нашими нейронами. Именно благодаря этим белкам информация, поступающая в синапс, может передаваться, а затем приниматься следующим нейроном.
Когда мы что-то узнаем, создаются новые синапсы или укрепляются существующие. Чтобы мы могли сохранять долговременную память, синапсы должны оставаться стабильными в течение долгих периодов времени, вплоть до всей жизни.Исследователи из Института нейробиологии Макса Планка нашли объяснение тому, как синапс может оставаться стабильным в течение длительного времени, несмотря на то, что его белки должны регулярно обновляться.«В первую очередь нас интересовало, что происходит с различными компонентами синапса, когда он растет в процессе обучения», — объясняет руководитель исследования Фолькер Шойс.
Понимание того, как растут компоненты, также может предоставить информацию о долгосрочной стабильности синапсов. Таким образом, исследователи изучили рост синапсов в чашках для культур тканей после воздействия (обучающего) стимула.
Для этого они намеренно активировали отдельные синапсы с помощью нейромедиатора глутамата: ученым давно известно, что глутамат играет важную роль в процессах обучения и стимулирует рост синапсов. В течение следующих часов исследователи наблюдали стимулированные синапсы и контрольные синапсы под двухфотонным микроскопом. Чтобы подтвердить наблюдаемые эффекты, они затем исследовали отдельные синапсы с помощью электронного микроскопа. «Если учесть, что размер отдельных синапсов составляет всего лишь одну тысячную миллиметра, это была довольно сизифов задача», — говорит Тобиас Бонхёффер, директор отдела, в котором проводилось исследование.Ученые обнаружили, что во время роста синапсов различные белковые структуры всегда скоординированы друг с другом.
Если один структурный компонент был увеличен отдельно или неправильно коррелировал с другими компонентами, его структурное изменение вскоре рухнуло бы. Синапсы с такими неполными изменениями не могут хранить долговременные воспоминания.
Результаты исследования показывают, что порядок и взаимодействие между синаптическими компонентами точно настроены и коррелированы. «В системе такого типа должна быть вполне возможна замена отдельных белков, в то время как остальная часть структуры сохраняет свою целостность», — говорит Шойс. Однако при отрыве всей группы компонентов синапс дестабилизируется. Это также важный процесс, учитывая, что мозг не мог бы правильно функционировать без способности забывать вещи.
Таким образом, результаты исследования не только дают важное представление о функционировании и структуре синапсов, но и создают основу для лучшего понимания потери памяти, например, в случае дегенеративных заболеваний головного мозга.