Звездчатые глиальные клетки, так называемые астроциты, — это не просто вспомогательная клетка мозга. Они активно участвуют в процессах обучения и взаимодействуют с нервными клетками. Но что именно делают астроциты?

Исследователи из Университетской больницы Бонна (UKB) и Боннского университета используют биофизическую модель, чтобы выяснить, как астроциты взаимодействуют с нервными клетками для регулирования быстрой адаптации к новой информации. Результаты исследования были опубликованы в Communications Biology .

В мозге синаптическая пластичность — способность изменять нейронные связи с течением времени — имеет основополагающее значение для обучения и памяти. Традиционно наука фокусировалась на нервных клетках и их синапсах. Открытие внутриклеточной сигнализации Ca 2+ в астроцитах привело к идее, что астроциты — это больше, чем просто клей, скрепляющий мозг, и играют решающую роль в этом процессе.

«Дисфункция астроцитов может существенно ухудшить нашу способность к обучению, что подчеркивает их важность в когнитивных процессах . Однако точные функции астроцитов долгое время оставались загадкой», — говорит корреспондент и соавтор профессор Татьяна Чумаченко, руководитель исследовательской группы в Институте экспериментальной эпилептологии и когнитивных исследований UKB и член Трансдисциплинарной исследовательской области (TRA) «Моделирование» в Боннском университете.

Раскрытие замысловатого танца клеточных взаимодействий во время обучения
«Наша работа как вычислительных нейробиологов заключается в использовании языка математики для интерпретации экспериментальных наблюдений и построения согласованных моделей мозга», — говорит соавтор, доктор Пьетро Верцелли, научный сотрудник в группе профессора Чуматченко.

В данном случае исследователи разработали биофизическую модель обучения, основанную на биохимической обратной связи между астроцитами и нейронами, недавно открытой доктором Кирстен Бомбах, профессором Кристианом Хеннебергером и другими исследователями из DZNE и UKB.

Биофизическая модель объясняет дефицит обучения, наблюдаемый у мышей с нарушенной астроцитарной регуляцией, и подчеркивает важную роль, которую астроциты играют в быстрой адаптации к новой информации. Регулируя уровни нейротрансмиттера D-серина, астроциты могут способствовать способности мозга эффективно адаптироваться и перестраивать свои синаптические связи.

«Наша математическая структура не только объясняет экспериментальные наблюдения, но и дает новые проверяемые предсказания относительно процесса обучения», — говорит первый автор Лоренцо Скуадрани, аспирант в группе Чумаченко.

Это исследование устраняет разрыв между теоретическими моделями пластичности и экспериментальными данными о взаимодействии нейронов и глиальных клеток . Оно подчеркивает астроцитарную регуляцию как физиологическую основу для динамических синаптических адаптаций, центральной концепции синаптической пластичности .

«Наши результаты способствуют лучшему пониманию молекулярных и клеточных механизмов, лежащих в основе обучения и памяти, и открывают новые возможности для терапевтических вмешательств, направленных на астроциты , с целью улучшения когнитивных функций», — говорит профессор Чуматченко.