علت سرعت زیاد سیناپس کشف شد

پس از بیش از یک دهه تحقیق، تیمی متشکل از عصب شناسان، فیزیکدانان و مهندسان موسسات مختلف، سرانجام عملکرد سیناپس های تخصصی را کشف کردند

به گزارش تکناک، اندام‌های حسی که ما را قادر می‌سازند راه برویم، برقصیم و سر خود را بدون احساس سرگیجه یا از دست دادن تعادل حرکت دهیم، مجهز به سیناپس‌های تخصصی هستند که سیگنال‌ها را سریع‌تر از هر دستگاه دیگری در بدن انسان پردازش می‌کنند.

این پیشرفت راه را برای تحقیقات بیشتر هموار می کند که پتانسیل بهبود درمان سرگیجه و اختلالات تعادلی را دارد که این اختلالات بر یک سوم آمریکایی های بالای 40 سال تأثیر می گذارد.

مطالعه جدید عملکرد سیناپس های سلول موی دهلیزی را توصیف می کند که در اندام های داخلی ترین بخش گوش یافت می شود که موقعیت سر و حرکات را در جهات مختلف حس می کند.

راب رافائل، گفت: تاکنون هیچ کس به طور کامل متوجه نشده است که چگونه سیناپس ها می توانند اینقدر سریع باشد، اما ما این راز را کشف کرده ایم.

سیناپس ها اتصالات بیولوژیکی هستند که در آن نورون ها می توانند اطلاعات را به یکدیگر و سایر قسمت های بدن منتقل کنند. بدن انسان حاوی صدها تریلیون سیناپس است و تقریباً همه آنها اطلاعات را از طریق انتقال کوانتال که شکلی از سیگنال دهی شیمیایی از طریق انتقال دهنده های عصبی که حداقل به 0.5 میلی ثانیه برای ارسال اطلاعات به سیناپس نیاز دارد، به اشتراک می گذارند.

آزمایش‌های قبلی نشان داده بود که انتقال سریع‌تر و «غیر کمی» در سیناپس‌های سلول موی دهلیزی یعنی نقاطی که سلول‌های موی دهلیزی حساس به حرکت با نورون‌های آورانی که مستقیماً به مغز متصل می‌شوند،اتفاق می افتد. این تحقیق جدید توضیح می دهد که چگونه این سیناپس ها به سرعت عمل می کنند.

در هر کدام از این سیناپس ها، یک نورون گیرنده سیگنال انتهای سلول مویی، شریک خود را با ساختار فنجانی بزرگی به نام کاسه گل احاطه کرده است. کاسه گل و سلول مو با شکاف یا شکاف های کوچکی به اندازه چند میلیاردم متر از هم جدا می شوند.

دانشمندان، مدلی طراحی کردند که این مدل، پاسخ ولتاژ سیناپس کاسه گل به محرک های مکانیکی و الکتریکی را شبیه سازی می کند و جریان یون های پتاسیم را از طریق کانال های یونی فعال شده با ولتاژ پایین از سلول های مویی پیش سیناپسی به کاسه گل پس سیناپسی ردیابی می کند.

رافائل گفت که این مدل به طور دقیق تغییرات پتاسیم را در شکاف سیناپسی پیش‌بینی می‌کند و بینش‌های کلیدی جدیدی را در مورد تغییرات پتانسیل الکتریکی که مسئول مؤلفه سریع انتقال غیرکمی است، ارائه می‌کند.وی توضیح داد که چگونه انتقال غیر کمی به تنهایی می تواند پتانسیل های عمل را در نورون پس سیناپسی ایجاد کند و نشان داد که چگونه انتقال سریع و آهسته به سیناپس نزدیک و گسترده تشکیل شده توسط کاسه گل به سلول مویی بستگی دارد.

ایتاک گفت: قابلیت کلیدی این مدل جدید، توانایی پیش بینی سطح پتاسیم و پتانسیل الکتریکی در هر مکان بود. این موضوع به تیم تحقیقاتی اجازه داد تا نشان دهند که اندازه و سرعت انتقال غیر کمی به ساختار جدید کاسه گل بستگی دارد. این مطالعه قدرت رویکردهای مهندسی را برای روشن کردن مکانیسم‌های بیولوژیکی بنیادی که یکی از اهداف مهم اما گاهی نادیده گرفته شده تحقیقات مهندسی زیستی است، نشان می‌دهد.

از آن زمان، ایتاک، لیزاکوسکی و دیگران کانال‌های یونی را در کاسه گل کشف کردند که درک دانشمندان را از چگونگی جریان‌های یونی در سلول‌های مو و غشای کاسه گل تغییر داد.

محققان گفتند که این مدل همچنین می‌تواند ابزار قدرتمندی برای محققانی باشد که انتقال الکتریکی را در سایر بخش‌های سیستم عصبی مطالعه می‌کنند و امیدوار هستند که به کسانی که دستگاه‌های پروتز عصبی طراحی می‌کنند که می‌توانند عملکرد را به کسانی که تعادل خود را از دست داده‌اند بازگرداند، کمک کند.