Agyunk híresek plasztikus, ami annyit jelent, hogy benne a neuronok új dolgokra válhatnak képessé, ha új vagy erősebb kapcsolatokat építenek ki más neuronokkal. Az idegkutatók ugyanakkor régóta úgy sejtik, hogy amikor egy kapcsolat megerősödik, másoknak gyengülniük kell, hogy a neuron nehogy túlterhelődjön a bemenő jelekkel. És pontosan ezt sikerült most először megmutatniuk az MIT szakértőinek.
Mriganka Sur és társai egy egészen egyszerű alapszabályt fedeztek fel az agy rendkívül összetett, 100 milliárd neuronból és egyenként ezek sok ezernyi kapcsolódásából felépülő rendszerben. A szakértő a megfigyelt szabályt a halrajok irányváltásához hasonlítja: a hatalmas tömeg azért képes hirtelen megváltoztatni haladási irányát, mert amikor a vezető hal elfordul, minden más hal betartja azt az egyszerű szabályt, hogy mindig követni kell a vezetőt.
Az összetett rendszerekben megfigyelhető kollektív viselkedések mindig egyszerű szabályok alapján szerveződnek, mondja Sur. Amikor egy szinapszis működni kezd, 50 mikrométeres távolságon belül minden más szinapszis erőssége csökken, mégpedig egy jól meghatározható molekuláris mechanizmus eredményeként. Ezt génmódosított egereken végzett kísérlettek sikerült igazolni, olyan módon, hogy egy-egy idegsejt esetében megváltoztatták azt a látómezőrészt, amelyre reagál a neuron.
Ez úgy történt, hogy az adott neuron vonatkozó dendritjét, vagyis a bemeneti helyet fénnyel ingerelték minden alkalommal, amikor az újonnan összekötni kívánt látótérrészre irányult az állat figyelme. Mivel a neuronok a génmódosításnak köszönhetően fényérzékenyek voltak, a neuron saját látótérrésze lassan megváltozott, ahogy az új szinaptikus kapcsolat megerősödött. Ezzel párhuzamosan ugyanakkor a kétfoton-mikroszkóppal vizsgálódó szakértők azt figyelték meg, hogy a közeli többi szinapszis zsugorodni, gyengülni kezd. Ezt később elektronmikroszkóppal is sikerült megerősíteni.
De hasonló átrendeződést figyeltek meg akkor is, amikor az egerek egyik szemét egy időre letakarták, majd újra megnyitották. A zárt szemmel összeköttetésben lévő idegsejti kapcsolatok meggyengültek, a nyitva lévő szem szinapszisai pedig megerősödtek. Amikor aztán ismét mindkét szemét használhatta az állat, a szinapszisok újra áthangolódtak, és eközben is tanúi lehettek a szakértők, hogy az erősen aktivizálódó szinapszisok közelében más szinapszisok meggyengülnek.
Az erősödésnek és a gyengülésnek ráadásul a molekuláris hátterét is sikerült megfejteni. A szinapszisok erősödésekor sok jelenik meg az AMPA nevű receptorból, amelynek mennyisége a szinapszis gyengülésekor csökken. Az AMPA génjének kifejeződését az Arc nevű fehérje szabályozza, amelynek élő agyban való nyomon követését egy japán kutatócsoport segítségével elsőként oldották meg az amerikai szakértők. A vizsgálatokból úgy tűnik, az Arc vezérli a szinapszisok erősödésével párhuzamosan a környékbeli más idegi kapcsolatok gyengülését, egyensúlyban tartva az idegsejtek terhelését.
Bár a folyamat részleteivel kapcsolatban még sok minden nem világos, az új vizsgálat számos újdonságra derített fényt a neuronok működésével kapcsolatban. A szakértők ráadásul nagyon kreatívan használták a rendelkezésükre álló technikákat, ami más kutatások esetében is példaadó lehet a jövőben.
