Οι βιολόγοι δείχνουν ότι αυτό που μπορεί να κάνει ένας νευρώνας είναι η λειτουργία του μηχανικού πλαισίου

Οι νευρώνες, οι θεμελιώδεις μονάδες του νευρικού συστήματος, είναι ιδιαίτερα προσαρμόσιμα κύτταρα που μπορούν να αλλάξουν τη δομή και τη λειτουργία τους ως απάντηση στο περιβάλλον τους. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως νευρωνική πλαστικότητα, είναι ζωτικής σημασίας για τη μάθηση, τη μνήμη και άλλες γνωστικές διαδικασίες. Ενώ είναι γνωστό ότι οι νευρώνες επηρεάζονται από ηλεκτρικά και χημικά σήματα, οι νέες έρευνες υποδηλώνουν ότι οι μηχανικές δυνάμεις διαδραματίζουν επίσης ζωτικό ρόλο στη διαμόρφωση της νευρωνικής συμπεριφοράς.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό "Neuron", μια ομάδα βιολόγων από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας του Σαν Φρανσίσκο (UCSF) με επικεφαλής τη Δρ Catherine Dulac διερεύνησε το ρόλο των μηχανικών δυνάμεων στη διαμόρφωση της νευρωνικής λειτουργίας. Επικεντρώθηκαν σε έναν συγκεκριμένο τύπο νευρώνα στον εγκέφαλο του ποντικού που ονομάζεται μιτροειδές κύτταρο, το οποίο είναι υπεύθυνο για την επεξεργασία οσφρητικών πληροφοριών.

Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό προηγμένων τεχνικών απεικόνισης και βιοφυσικών δοκιμασιών, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ακαμψία της εξωκυτταρικής μήτρας (ECM), το 3D ικρίωμα που περιβάλλει και υποστηρίζει τα κύτταρα, επηρεάζει τη συμπεριφορά των μιτροειδών κυττάρων. Όταν η ECM ήταν πιο σκληρή, τα μιτροειδή κύτταρα είχαν αυξημένη διέγερση και σχημάτισαν περισσότερες συνάψεις, οι διασταυρώσεις όπου οι νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους. Αντίθετα, όταν η ECM ήταν μαλακότερη, τα μιτροειδή κύτταρα είχαν μειωμένη διεγερσιμότητα και σχημάτισαν λιγότερες συνάψεις.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι η ακαμψία της ECM επηρεάζει άμεσα τη δραστηριότητα μιας βασικής μοριακής οδού που ονομάζεται Rhoa Pathway, η οποία είναι γνωστό ότι ρυθμίζει το σχήμα, την κινητικότητα και την προσκόλληση. Διαμορφώνοντας τη δυσκαμψία της ECM, οι ερευνητές θα μπορούσαν να ελέγξουν την ενεργοποίηση της οδού RhoA και έτσι να χειριστούν τη λειτουργία των μιτροειδών κυττάρων.

Αυτά τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι οι μηχανικές δυνάμεις διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση της νευρωνικής συμπεριφοράς και του σχηματισμού κυκλωμάτων στον εγκέφαλο. Με την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι μηχανικές δυνάμεις επηρεάζουν τη νευρωνική λειτουργία, οι επιστήμονες μπορούν να αποκτήσουν νέες γνώσεις για την ανάπτυξη και τη θεραπεία νευρολογικών διαταραχών, όπως η διαταραχή του φάσματος του αυτισμού και η σχιζοφρένεια, οι οποίες χαρακτηρίζονται από μη φυσιολογική νευρωνική συνδεσιμότητα και λειτουργία.

Εκτός από την παροχή μιας νέας προοπτικής για τη νευρωνική πλαστικότητα, η μελέτη αυτή υπογραμμίζει επίσης τη σημασία της διεπιστημονικής έρευνας. Συνδυάζοντας τεχνικές από τη βιολογία, τη φυσική και τη μηχανική, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποκαλύψουν ένα κρυφό στρώμα πολυπλοκότητας στη νευρωνική λειτουργία που είχαν παραβλεφθεί προηγουμένως. Αυτή η σύγκλιση των κλάδων είναι πιθανό να οδηγήσει τις μελλοντικές προόδους στην κατανόηση του εγκεφάλου και των διαταραχών του.