O εγκέφαλος είναι σαν παζλ που απαιτεί πολλά συνεξαρτώμενα κομμάτια για να λειτουργήσουν καλά. Χωρίζεται σε περιοχές, καθεμία από τις οποίες περιέχει πολλά εκατομμύρια νευρώνες συνδεδεμένους με χιλιάδες συνάψεις.
Αυτές οι συνάψεις, που επιτρέπουν την επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων, εξαρτώνται από ακόμη μικρότερες δομές: μπουτόν αποστολής μηνυμάτων (διογκωμένοι βολβοί στις άκρες των νευρώνων που μοιάζουν με κλαδιά), δενδρίτες λήψης μηνυμάτων (συμπληρωματικές δομές που μοιάζουν με κλαδιά για τη λήψη των μηνυμάτων από τα μπουτόν) και ενέργεια (μιτοχόνδρια). Για να δημιουργήσετε έναν συνεκτικό εγκέφαλο, όλα αυτά τα κομμάτια πρέπει να ληφθούν υπόψη.
Ηλεκτρονική μικροσκοπική εικόνα νευρώνων στον εγκέφαλο που δείχνει τα προσυναπτικά μπουτόν (κίτρινα), τα μιτοχόνδρια (κόκκινα) και τις συνάψεις. Πίστωση: Salk Institute.
Στον γερασμένο εγκέφαλο, αυτά τα κομμάτια μπορεί να χαθούν ή να αλλοιωθούν και να μην χωρούν πλέον στο μεγαλύτερο παζλ του εγκεφάλου. Μια ερευνητική ομάδα δημοσίευσε τώρα μια μελέτη στο Frontiers in Aging Neuroscience για αυτό το θέμα. «Το 50% των ανθρώπων βιώνουν απώλεια λειτουργικής μνήμης με τα γηρατειά, που σημαίνει ότι η ικανότητά τους να συγκρατούν και να χειρίζονται πληροφορίες βραχυπρόθεσμα μειώνεται», λέει η Courtney Glavis-Bloom, επιστήμονας στο Salk Institute. «Ξεκινήσαμε να κατανοήσουμε γιατί ορισμένα άτομα διατηρούν υγιή εργασιακή μνήμη καθώς γερνούν, ενώ άλλα όχι. Ανακαλύψαμε έναν νέο μηχανισμό για τη συναπτική βάση της γνωστικής εξασθένησης».
Προηγούμενες μελέτες είχαν βρει ότι οι εγκέφαλοι χάνουν τις συνάψεις τους καθώς γερνούν, και οι ερευνητές είδαν αυτό το μοτίβο σε ένα μοντέλο πρωτευόντων. Αλλά όταν εξέτασαν τις συνάψεις που είχαν απομείνει, βρήκαν στοιχεία για μια διάσπαση του συντονισμού μεταξύ του μεγέθους των μπουτόν και των μιτοχονδρίων που περιείχαν.
Μια θεμελιώδης νευροεπιστημονική αρχή (λέγεται αρχή του υπερδομικού μεγέθους) εξηγεί ότι κάθε φορά που ένα μέρος του συναπτικού συμπλέγματος αλλάζει σε μέγεθος, το ίδιο πρέπει να συμβαίνει και με όλα τα άλλα μέρη. Η σύναψη, τα μιτοχόνδρια, τα μπουτόν -όλα αυτά τα μέρη πρέπει να κλιμακώνονται ανάλογα το ένα με το άλλο.
Πριν από τη μελέτη αυτή, κανείς δεν είχε ρωτήσει εάν η παραπάνω αρχή θα μπορούσε να παραβιαστεί με την ηλικία ή την ασθένεια. «Για να το εξετάσουμε αυτό, στραφήκαμε στην ηλεκτρονική μικροσκοπία», λέει ο πρώτος συγγραφέας Casey Vanderlip. «Αυτό μας έδωσε τη δυνατότητα να δούμε αυτά τα συστατικά σε πολλές συνάψεις. Βρήκαμε ότι η συναπτική απώλεια συνέβη με υγιή και μειωμένη γήρανση, αλλά αυτό που διέφερε ήταν η διάσπαση της συσχέτισης μεταξύ των μεγεθών των μπουτόν και των μιτοχονδρίων τους».
«Είναι ένα φαινόμενο κυματισμού, με απίστευτα μικρές συναπτικές δομές που μεταβάλλουν τα δίκτυα των νευρώνων, τη λειτουργία του εγκεφάλου και τη συμπεριφορά», λέει η Glavis-Bloom. «Η διερεύνηση αυτών των μικροσκοπικών δυσλειτουργιών είναι μια αχαρτογράφητη περιοχή που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην κατανόησή μας για τη γήρανση και τον αντίκτυπό της στη γνωστική λειτουργία».
Κανονικά, τα διάφορα μέρη του συναπτικού συμπλέγματος αναπτύσσονται και συρρικνώνονται μαζί. Aυτή η διαδικασία μπορεί να πάει στραβά με τη γήρανση, κάτι που μπορεί να συμβάλει σε γνωστική εξασθένηση. Πίστωση: Salk Institute.
Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η τήρηση της αρχής του υπερδομικού μεγέθους ήταν απαραίτητη για την αποφυγή της εξασθένησης της μνήμης εργασίας με την προχωρημένη ηλικία. Θεωρώντας την παραβίαση της αρχής του υπερδομικού μεγέθους και τις αποτυχίες που σχετίζονται με τα μιτοχόνδρια ως το κλειδί για τη γνωστική εξασθένηση που σχετίζεται με την ηλικία, η μελέτη εγκαινιάζει μια νέα εποχή για την έρευνα για τη γήρανση.
«Οι εικόνες που τραβήξαμε από συνάψεις είναι στιγμιότυπα μιας δυναμικής διαδικασίας», είπαν οι ερευνητές. «Με αυτά τα στιγμιότυπα, μπορούμε να αρχίσουμε να σκεφτόμαστε πρώτα τους μηχανισμούς που συντονίζουν τη διαστολή και τη συστολή των διαφόρων τμημάτων του συναπτικού συμπλέγματος και μετά να ρωτήσουμε πώς η διαταραχή αυτών των μηχανισμών μπορεί να εξηγήσει τη γνωστική έκπτωση που σχετίζεται με την ηλικία. Αυτό ανοίγει έναν εντελώς νέο τρόπο σκέψης για τη γνωστική παρακμή που θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέους στόχους για μελλοντικές θεραπευτικές».
Περισσότερες πληροφορίες: Violation of the ultrastructural size principle in the dorsolateral prefrontal cortex underlies working memory impairment in the aged common marmoset (Callithrix jacchus), Frontiers in Aging Neuroscience (2023). DOI: 10.3389/fnagi.2023.1146245.
