Može li naš mozak biti poput mišića? Nova istraživanja otkrivaju fascinantne sličnosti
Često zamišljamo mozak kao mišić – koristimo izraze poput “koristi ga ili ga izgubi!” i govorimo o vježbanju ili “treninzanju” svojih moždanih kapaciteta. No, u stvarnosti, struktura mozga se bitno razlikuje od mišića; možda je i puno vlažnija. Ipak, nova istraživanja otkrivaju da se načini na koje mozak funkcionira, duboko u svojoj srži, zapravo više povezuju s mišićima nego što smo to prije shvaćali.
Kako istraživanja mozga otkrivaju nove mehanizme
Nova studija koju je vodio Lippincott-Schwartz Lab pri Howard Hughes Medical Institute otkriva da ključni procesi u mozgu, koji su temelj učenja i pamćenja, ovise o sličnim mehanizmima kao signali koji pokreću kontrakciju mišića. Lorena Benedetti, znanstvenica u ovom istraživanju, usredotočila se na molekule povezane s endoplazmatskim retikulom (ER), velikom strukturom unutar ljudskih stanica koja ima vitalnu ulogu u sintezi proteina. ER je opisan kao “organele za kontrolu kvalitete protein domaćinstva”.
Benedetti je primijetila neobičan uzorak koji su ove molekuli formirali, slično ponavljajućoj ljestvici duž duljine dendrita, grančastih produžetaka koji izlaze iz živčanih stanica. U međuvremenu, njezin kolega Stephan Saalfeld primijetio je slične aranžmane u visokorezolucijskim mikroskopskim slikama ER-a unutar mozga muha. Ovi neobični uzorci privukli su pažnju seniorne vođe grupe, Jennifer Lippincott-Schwartz, koja je komentirala: “U znanosti, struktura je funkcija. Ovo je neobična i prekrasna struktura koju vidimo duž cijelog dendrita, pa smo imali osjećaj da mora imati neku važnu funkciju.”
Sličnosti između mozga i mišića
Tim je fokusirao svoje istraživanje na mišiće, jer jedina druga mjesta u tijelu gdje su primijećeni slični uzorci bili su unutar mišićnih stanica. U mišićnim stanicama, ER stvara redovite kontaktne točke s staničnom membranom zahvaljujući djelovanju skupa proteina zvanih junctofilini. Na ovim kontakt noktima, kalcij se može osloboditi kako bi pokrenuo kontrakciju mišića.
Uz pomoć visokorezolucijskih slikovnih tehnika, istraživači su otkrili da junctofilini također prisutni u dendritima olakšavaju redovite kontaktne točke između ER-a i vanjske membrane. Sumnjali su da te točke mogu pomoći u prijenosu informacija koje mogu putovati i do stotinu mikrometara duž dendrita natrag do staničnog tijela.
Kako informacije putuju kroz mozak
Benedetti je objasnila: “Kako ta informacija putuje na dugim udaljenostima i kako se kalcijev signal specifično pojačava nije bilo poznato. Mislili smo da ER može igrati tu ulogu, te da su ove redovito raspoređene kontaktne točke prostorne i vremenski lokalizirani pojačivači: mogu primati ovaj kalcijev signal, lokalno ga pojačati i prenijeti na daljinu.”
Nervni signali pokreću oslobađanje kalcija iz ER-a, što aktivira protein poznat kao CaMKIII, koji igra ulogu u pamćenju. CaMKIII djeluje na membranu, mijenjajući snagu signala koji prolazi kroz nju. Proces pojačanja nastavlja se od jedne kontaktne točke do druge, sličan pojačivačima na dugim podvodnim telefonskim kabelima.
Zaključak: Nova spoznaja o mozgu i njegovim funkcijama
Kako ističe Lippincott-Schwartz: “Ovo je odličan primjer kako, kada radite znanost, ako vidite prekrasnu strukturu, može vas odvesti u potpuno novi svijet.” Ova nova i poboljšana spoznaja o komunikacijama u mozgu, koje su uključene u učenje i pamćenje, može pomoći u istraživanju stanja poput demencije, kao i povećati naše razumijevanje osnovnih funkcioniranja mozga.
Na kraju, to nas podsjeća da u našim starim izrekama ponekad postoje istine, kao što je primijetila Lippincott-Schwartz: “Einstein je rekao da kada koristi svoj mozak, to je kao da koristi mišić, i u tom smislu, ovdje postoji određena paralela.”
Studija je objavljena u časopisu Cell.
