فهرست مطالب
سیناپسهای خاموش، ارتباطات نابالغ و غیرفعال میان نورون‌ها هستند که پاسخ فیزیولوژیک ایجاد نمی‌کنند. بااین‌حال؛ درصورتی‌که امکان فعال‌سازی سیناپسهای خاموش با مکانیسم‌های خاصی فراهم باشد، می‌توانند به سخت‌افزارهای مهمی برای انبار کردن اطلاعات تبدیل شوند.
وقتی امکان مشاهده سلول‌های عصبی و سیناپس‌ها برای پژوهشگران فراهم شد، این پرسش در ذهن آنها شکل گرفت که آیا تمام این جایگاه‌هایی که زیر میکروسکوپ می‌بینند، فعال هستند؟!
از ابتدای 1970 به بعد، شواهد فزاینده‌ای نشان داد که پاسخ این پرسش منفی‌ست. پژوهشگران وجود پایانه‌های سیناپسی که وزیکول آماده برای ترشح نداشتند را تأیید کردند. همچنین، تعداد سیناپس‌ها در مقایسه با مقدار نوروترانسمیتر ترشح شده، بسیار بیشتر بود. از طرفی در سیستم عصبی پستانداران، مشاهده شد که گاهی میدان پذیرنده سیگنال عصبی به‌طور ناگهانی گسترش پیدا می‌کند.
بر این اساس، فرضیه بیداری سیناپسهایی که احتمالا پیش از این خاموش بوده‌اند مطرح شد. طبق این فرضیه، سیناپسهایی وجود دارند که در حالت عادی فعالیت الکترونیکی مشخصی ندارند، اما قابلیت فعال‌شدن دارند.
در مطالعات حیوانی، ابتدا گمان بر این بود که سیناپسهای خاموش ناپایدار هستند و در حیوان بالغ وجود ندارند. اما مطالعات اخیر نشان داده‌اند این سیناپس‌ها در مغز بالغ نیز فراوان است؛ به‌طوری‌که در حدود 30 درصد از کل سیناپسهای موجود در قشر مغز موش بالغ خاموش هستند. این ارتباطات نارس از فیلوپودیا یا زائده‌های غشایی که از دندریت‌ها بیرون زده‌اند، تشکیل شدهاست.
این فیلوپودیا، رسپتورهای نوع NMDA دارند ولی فاقد رسپتورهای AMPA هستند؛ درحالی‌که یک سیناپس تحریکی فعال هردوی این رسپتورهای مخصوص گلوتامات را دارد.
رسپتورهای NMDA، برای عبور دادن سیگنال‌ها به همکاری رسپتورهای AMPA احتیاج دارند؛ زیرا این رسپتورها در پتانسیل استراحت با یون‌های منیزیم مسدود شده اند. بنابراین نبود رسپتور دوم، عاملی است که این سیناپس‌ها را خاموش نگه می‌دارد.
حال که وجود این سیناپس‌ها مورد تأیید پژوهشگران علوم اعصاب قرار گرفته‌است، پرسش دیگری برای پاسخ دادن وجود دارد؛ عملکرد سیناپسهای خاموش چیست؟!
عملکرد سیناپسهای خاموش
وقتی این سناپس‌ها برای اولین بار در موش‌های تازه متولد شده مشاهده شدند، باور پژوهشگران بر این بود که آنها مختص دوره تکوین هستند و به مغز نوزاد برای دریافت و یادگیری حجم وسیع اطلاعات که در ابتدای حیات با آن مواجه می‌شوند، کمک می‌کنند. پس از همان ابتدای کار، میان سیناپسهای خاموش و یادگیری پیوندی ناگسستنی ایجاد شد.
براین‌اساس، وجود سیناپسهای خاموش در مغز بالغ می‌تواند به ما کمک کند تا موضوعاتی مانند این‌که خاطرات جدید چگونه شکل می‌گیرند و یا مغز بالغ چه‌طور می‌تواند بدون دست‌کاری سیناپسهای قبلی خود به یادگیری چیزهای جدید ادامه دهد را توضیح دهیم.
گفته می‌شود که سیناپسهای خاموش همواره به دنبال ایجاد یک ارتباط جدید هستند؛ وقتی نورون‌های مربوطه در معرض اطلاعات جدید و مهمی قرار می‌گیرند، ارتباط میان آنها تقویت می‌شود. این به مغز اجازه می‌دهد که خاطرات جدیدی بسازد بدون آن‌که مجبور باشد خاطرات ذخیره‌شده در سیناپسهای بالغ را مرتب بازنویسی کند.
در نتیجه مغز به این شکل، زمان وانرژی کم‌تری هزینه می‌کند چراکه بازنویسی خاطرات ذخیره‌شده در سیناپسهای بالغ کار مشکل تری است.
شواهدی از این عملکرد سیناپسهای خاموش، در مطالعات مربوط به اعتیاد نیز مشاهده شدهاست. پژوهشگرانی که در این زمینه فعالیت کرده‌اند، عقیده دارند که در سناریوی اعتیاد به کارگیری بی‌رویه سیناپسهای خاموش توسط مواد مورد سوء مصرف، باعث شکل‌گیری خاطرات مربوط به مواد در مدارهای یادگیری مبتنی بر پاداش در مغز می‌شود.
سیناپسهای خاموش، چه‌طور روشن می‌شوند؟!
به محض مشاهده تعداد زیاد فیلوپودیا در مغز حیوان بالغ، پژوهشگران برای بررسی این‌که آیا این فیلوپودیا واقعا سیناپس خاموش هستند یا نه، دست به کار شدند. آنها تلاش کردند با شبیه‌سازی ترشح گلوتامات از یک نورون همسایه، فیلوپودیا را تحریک کنند و سپس فعالیت الکتریکی آن را مورد بررسی قرار دادند.
با استفاده از این تکنیک، پژوهشگران دریافتند که گلوتامات به‌تنهایی قادر به تولید سیگنال الکتریکی در فیلوپودیا نیست، مگر این‌که رسپتورهای NMDA از حالت بلوکه خارج شوند. اما این یافته، از در نظر گرفتن فیلوپودیا به عنوان سیناپسهای خاموش حمایت می‌کند. در نتیجه پژوهشگران به تلاش برای روشن کردن این سیناپس‌ها ادامه دادند.
این بار به‌منظور فعال‌سازی فیلوپودیا، ترشح گلوتامات را با یک جریان الکتریکی که از سمت جسم سلولی نورون می‌آمد، ترکیب کردند. مشاهده شد که این تحریک ترکیبی، منجر به تجمع رسپتورهای AMPA روی غشا می‌شود. همکاری رسپتور AMPA با رسپتور NMDA، به فیلوپودیا اجازه می‌دهد که ارتباطی محکم با آکسون ترشح‌کننده گلوتامات برقرار نماید. درنتیجه سیناپس خاموش، روشن می‌شود.
روش‌های متفاوت دیگری نیز برای فعال‌سازی این سیناپس‌ها پیشنهاد شدهاست که همچنان مورد آزمایش پژوهشگران قرار می‌گیرد. نکته جالب این است که فعال‌سازی یک سیناپس خاموش از مداخله در یک سیناپس بالغ آسان‌تر است؛ چرا که سیناپسهای فعال بالغ آستانه تحریک بالاتری دارند و چنین دستورکاری در آنها جواب نمی‌دهد.
آستانه تحریک بالا در سیناپسهای فعال دلیل بر کارایی آنها در حفظ بلندمدت اطلاعات و خاطرات است. ما نمی‌خواهیم که تمام خاطرات و آموخته‌های ما لحظه به لحظه بازنویسی شوند. بنابراین نحوه عملکرد سیناپسهای خاموش، برای یادگیری اطلاعات جدید کارساز است. وجود آنها، انعطاف لازم درکنار ثبات را فراهم می‌کند، تا مغز هم بتواند اطلاعات قبلی خود را برای مدت طولانی حفظ کند و هم قادر به یادگیری مداوم باشد.
سیناپسهای خاموش؛ مسیر روشن
جست‌وجو برای یافتن و درک عملکرد سیناپسهای خاموش در مغز بالغ هنوز ادامه دارد و نمی‌توان تنها به مطالعات حیوانی و محدود بسنده کرد. اما شواهد موجود به ما نشان می‌دهد که این موضوع ظرفیت کار بسیار دارد. در سطوح مختلفی می‌توان تئوری سیناپسهای خاموش را ارزیابی کرد.
از مطالعه منشأ و موقعیت گرفته تا بررسی نحوه عملکرد سیناپسهای خاموش، مکانیسم‌های فعال‌سازی، سناریوهای پاتوفیزیولوژیک مربوطه نظیر اعتیاد و … . همچنین می‌توان اثر فرایند پیری و بیماری‌های نورودژنراتیو را بر روی این سیناپس‌ها بررسی کرد و یا متقابلا تأثیر فعال‌سازی و به کارگیری مفید آنها را بر این شرایط مورد بررسی قرار داد. آن‌چه اهمیت دارد این است که در سیناپسهای خاموش، راه روشنی برای پژوهشگران علوم اعصاب وجود دارد.
نویسنده: فائزه رضایی
ویراستار: زهرا پرویزی
منابع:
https://news.mit.edu/2022/silent-synapses-brain-1130
https://www.sciencealert.com/millions-of-silent-synapses-could-be-the-key-to-lifelong-learning
https://neurosciencenews.com/silent-synapses-memory-21974
https://www.labroots.com/trending/neuroscience/24135/silent-synapses-found-adult-brain
http://learnmem.cshlp.org/content/6/6/542.full.html
