Hur ett nyckelprotein ökar minnet och lär sig i den vuxna hjärnan
Ett protein som spelar en nyckelroll i tidig neural utveckling är också viktigt för inlärning och minne i den vuxna hjärnan.
Proteinet, kallat netrin, stärker förbindelserna mellan hjärnceller.
Detta är enligt ny forskning som leds av Montreal Neurological Institute and Hospital (The Neuro), ett lärar- och forskningsinstitut vid McGill University i Kanada.
Forskare visste redan att netrin är viktigt för utvecklingen av den embryonala och spädbarnshjärnan, där det hjälper till att skapa kopplingar mellan hjärnceller eller nervceller.
Den senaste forskningen avslöjar att proteinet också stärker dessa neurala kopplingar, eller synapser, i vuxenhjärnans hippocampus, ett område som är involverat i minne och inlärning.
Journalen Cellrapporter publicerade nyligen en uppsats om studien, som teamet genomförde på celler från hjärnor som utvecklades och vuxna råttor.
"Det var ett mysterium", säger seniorstudieförfattaren Dr. Timothy E. Kennedy, som driver ett forskningslaboratorium vid The Neuro, "varför neuroner skulle fortsätta att göra netrin i vuxenhjärnan efter att alla kopplingar redan hade gjorts i spädbarn."
Molekylnyckel för förstärkning av synaps
Enligt Dr. Kennedy såg forskarna att en neuron frigör netrin när den blir aktiv. Proteinet stärker anslutningen till en angränsande neuron genom att signalera de två neuronerna att "göra synapsen starkare."
Den senaste studien följer ett långt tågarbete som startade för nästan 7 decennier sedan när Donald Hebb, professor i psykologi vid McGill University, föreslog sina idéer om hur hjärnan lär sig och skapar minnen.
Vad som senare fick titeln Hebbian Theory, syftade hans idéer till att förklara hur neurala kretsar utvecklas till följd av erfarenhet.
Hebb hävdade att styrkan eller svagheten i synaptiska anslutningar beror på hur ofta de används: ju mer de används, desto starkare och snabbare blir de.
I sin bok från 1949 Organisation av beteende: En neuropsykologisk teori, beskrev han hur han föreställde sig processen att förstärka synapsen. När en neuron är tillräckligt nära en annan och fortsätter att skjuta den, "sker någon tillväxtprocess eller metabolisk förändring i en eller båda cellerna."
"Vi säger", förklarar Dr. Kennedy, "att denna nya molekylära mekanism, som vi upptäckte 69 år senare, är central för denna teori."
Synaptiska förändringar ligger till grund för minne, lärande
Det var publiceringen 1957 av ett banbrytande papper av Brenda Milner, som fullbordade en doktorsexamen vid The Neuro under Hebbs övervakning, som introducerade idén att hjärnans hippocampus spelar en avgörande roll i vissa typer av minne och inlärning.
"Om du kokar ner det till en molekyl," fortsätter Dr. Kennedy, "är den reglerade frisättningen av netrin avgörande för den typ av synaptiska förändringar som ligger till grund för förändringarna i neuronen som är inblandade i inlärning och minne, vilket var vad Milner var pratar om."
Han och hans kollegor observerade också att, för att stärka synapserna, måste netrin släppas ut i "extracellular space".
Detta fick dem att undra vilka ytterligare möjligheter att interagera med andra nervceller detta kan ge.
Genstudier har inblandat netrininvolvering i sjukdomar som förstör hjärnvävnad, inklusive amyotrof lateral skleros, Parkinsons sjukdom och Alzheimers sjukdom. Dessa har dock inte identifierat några underliggande mekanismer.
”Tidigare oupptäckt mål”
Sammantaget främjar arbetet markant vår förståelse för hur hjärnan bildar och lagrar minnen, säger teamet.
Det "erbjuder också ett nytt, tidigare oupptäckt mål för sjukdomar som påverkar minnesfunktionen", säger huvudstudieförfattaren Stephen Glasgow, forskningsassistent vid The Neuro.
Dr. Kennedy föreslår att ett idealiskt sätt att bevara minnesfunktionen skulle vara att ha läkemedel som riktar sig till molekylär aktivitet vid synapser.
Nya studier av den vuxna hjärnan har upptäckt många inaktiva synaptiska kopplingar. Det är inget fel med dem - de är bara ”avstängda, som glödlampor”, förklarar han.
Han spekulerar i att det kan finnas "en reservoar med synapser som kan användas för att ändra styrkan i förbindelserna mellan nervceller."
Om det visar sig vara fallet tror han och hans kollegor att de har "hittat en molekylär mekanism för att aktivera dessa synapser."
Med sådana idéer i åtanke planerar de nu att ta reda på vad som händer med nervceller när de levererar eller berövar dem netrin.
"Vi har identifierat ett stort mål för droger."
Dr. Timothy E. Kennedy
