Penyelidik telah mengenal pasti mekanisme neuroplastisitas baru yang dikaitkan dengan pembelajaran dan ingatan

Neuron adalah penting, tetapi mereka bukan satu-satunya pemain dalam proses itu. Sesungguhnya, ia adalah "rawan" dalam bentuk gugusan molekul matriks ekstraselular yang dipanggil kondroitin sulfat yang terletak di luar sel saraf yang memainkan peranan penting dalam keupayaan otak untuk memperoleh dan menyimpan maklumat.

Satu kajian yang diterbitkan dalam jurnal Cell Reports menerangkan mekanisme baru untuk keplastikan otak, atau bagaimana sambungan saraf berubah sebagai tindak balas kepada rangsangan luar. Kertas kerja itu bertajuk "Kluster Fokus Matriks Perisynaptic Menggalakkan Keplastikan dan Memori Bergantung kepada Aktiviti dalam Tikus."

Kerja ini adalah hasil kerjasama antara Sekolah Perubatan Harvard, Universiti Trento dan Pusat Penyakit Neurodegeneratif Jerman (DZNE) di Magdeburg.

"Kemahiran deria dan keupayaan untuk memahami persekitaran kita bergantung kepada aktiviti otak, yang membolehkan kita melihat dan memproses rangsangan dari dunia luar. Melalui otak kita, kita dapat memperoleh dan menyimpan maklumat baharu, serta mengingati maklumat yang telah kita pelajari," kata Yuri Bozzi dan Gabriele Cellini.

"Fenomena menarik ini dimungkinkan oleh keupayaan otak untuk terus mengubah struktur dan keberkesanan sambungan saraf (sinaps) sebagai tindak balas kepada rangsangan luar. Keupayaan ini dipanggil keplastikan sinaptik. Memahami bagaimana perubahan sinaptik berlaku dan bagaimana ia menyumbang kepada pembelajaran dan ingatan adalah salah satu cabaran utama dalam sains saraf."

Yuri Bozzi ialah seorang profesor di Universiti Trento dan pengarang ketua bersama kertas itu. Gabriele Cellini adalah pengarang pertama kajian itu. Cellini mula mengusahakan projek ini pada 2017 sebagai felo pascadoktoral di makmal Sabina Berretta (Hospital McLean dan Sekolah Perubatan Harvard, Boston) dan menyelesaikan penerbitan saintifik semasa bekerja sebagai felo pasca doktoral di makmal Bozzi di Universiti Trento.

Di tengah-tengah kajian adalah kondroitin sulfat, molekul yang terkenal dengan peranannya dalam sendi yang juga memainkan fungsi penting dalam keplastikan otak, menjadi sebahagian daripada matriks ekstraselular otak, seperti yang asalnya ditemui oleh kumpulan Dr. Alexander Dityatev pada tahun 2001.

Pada tahun 2007, kajian Jepun menggambarkan kehadiran gugusan kondroitin sulfat, berbentuk bulat dan tersebar secara rawak di seluruh otak. Walau bagaimanapun, kerja itu dilupakan sehingga makmal neurosains translasi Sabina Berretta membawa semula struktur itu ke dalam perhatian saintifik dengan menamakan semula gugusan CS-6 (untuk kondroitin sulfat-6, yang mengenal pasti komposisi molekulnya yang tepat) dan menunjukkan bahawa struktur itu dikaitkan dengan sel glial dan sangat berkurangan dalam otak orang yang mengalami gangguan psikotik.

Kemudian, pada 2017, Gabriele Cellini, yang baru diupah ke makmal Berretta, ditugaskan untuk mendedahkan fungsi kluster ini.

"Kami mula-mula memeriksa struktur ini secara terperinci, menggambarkannya pada resolusi yang sangat tinggi. Kami mendapati bahawa ia pada dasarnya adalah kelompok sinaps bersalut CS-6 yang disusun menjadi bentuk geometri yang boleh dikenali dengan jelas. Kami kemudiannya mengenal pasti jenis organisasi sinaptik baharu, "kata para saintis.

"Pada ketika ini kami perlu mendapatkan sedikit 'kreatif eksperimen'; menggunakan gabungan pendekatan morfologi tingkah laku, molekul dan canggih, kami menyedari bahawa sebatian ini yang terkandung dalam kelompok CS-6 berubah sebagai tindak balas kepada aktiviti elektrik di dalam otak."

"Akhirnya, terima kasih kepada kerjasama Alexander Dityatev dari DZNE Magdeburg dan usaha Hadi Mirzapurdelawar dari kumpulannya, kami mengurangkan ekspresi CS-6 dalam hippocampus (wilayah otak yang bertanggungjawab untuk pembelajaran ruang) dan menunjukkan bahawa kehadiran CS-6 diperlukan untuk keplastikan sinaptik dan ingatan ruang," Bozzi dan Cellini.

"Kerja ini membuka jalan untuk cara baru melihat fungsi otak. Ada kemungkinan semua sinaps yang terbentuk pada neuron yang berbeza dalam kelompok CS-6 mempunyai keupayaan untuk bertindak balas bersama-sama terhadap rangsangan luar tertentu dan mengambil bahagian dalam fungsi biasa yang bertujuan untuk pembelajaran dan proses ingatan, "kata mereka.

"Ia kelihatan mewakili substrat baharu untuk penyepaduan maklumat dan pembentukan persatuan di peringkat multisel," tambah Dityatev dan Berretta.

Kerja ini adalah hasil kerjasama antara beberapa makmal, termasuk Makmal Neurosains Translasi (Sabina Berretta; Hospital McLean - Sekolah Perubatan Harvard, Boston), Makmal Penyelidikan Gangguan Neurodevelopmental (Yuri Bozzi; CIMeC - Pusat Antara Bidang Sains Otak, Universiti Trento) dan Makmal Neuroplastik Molekul Magdeburg (Alexander DNE Magdeburg).