Hersenen van volwassen muizen wemelen van ‘stille synapsen’

Veel nieuwe informatie leren als baby vereist een pool van kant-en-klare, onvolgroeide verbindingen tussen zenuwcellen om snel herinneringen te vormen. Deze verbindingen, stille synapsen genoemd, zijn inactief totdat ze worden opgeroepen om herinneringen te helpen creëren, en men dacht dat ze voornamelijk aanwezig waren in de zich ontwikkelende hersenen en na verloop van tijd afsterven. Maar een nieuwe studie onthult dat die er zijn veel stille synapsen in de volwassen muizenhersenenrapporteren onderzoekers 30 november in Natuur.

Neurowetenschappers hebben zich lang afgevraagd hoe het volwassen menselijke brein stabiele langetermijnherinneringen kan hebben, terwijl het tegelijkertijd een zekere flexibiliteit behoudt om nieuwe herinneringen te kunnen maken, een concept dat bekend staat als plasticiteit (SN: 7/27/12). Deze stille synapsen kunnen een deel van het antwoord zijn, zegt Jesper Sjöström, een neurowetenschapper aan de McGill University in Montreal die niet betrokken was bij het onderzoek.

“De stille synapsen zijn klaar om aan te sluiten”, zegt hij, waardoor het mogelijk gemakkelijker wordt om als volwassene nieuwe herinneringen op te slaan door deze verbindingen te gebruiken in plaats van volwassen synapsen die al met herinneringen zijn verbonden, te onderdrukken of te destabiliseren. “Dat betekent dat er veel meer ruimte is voor plasticiteit in het volwassen brein dan we eerder dachten.”

In een eerdere studie hadden neurowetenschapper Mark Harnett van MIT en zijn collega’s zag veel lange, staafvormige structuren die filopodia worden genoemd in volwassen muizenhersenen. Dat verbaasde Harnett, want deze uitsteeksels worden meestal gevonden op zenuwcellen in de zich ontwikkelende hersenen.

“Hier waren ze bij volwassen dieren en we konden ze kristalhelder zien”, zegt Harnett. Dus besloten hij en zijn team om de filopodia te onderzoeken om te zien welke rol ze spelen en of het mogelijk stille synapsen waren.

De onderzoekers gebruikten een techniek om de hersenen van volwassen muizen uit te breiden in combinatie met hoge resolutie microscopie. Omdat zenuwcelverbindingen en de moleculen die receptoren worden genoemd en die communicatie tussen verbonden cellen mogelijk maken, zo klein zijn, brachten deze methoden synapsen aan het licht die in eerder onderzoek werden gemist.

Het team zocht naar de typische tekenen van een stille synaps: de aanwezigheid van een type receptor genaamd NMDA en de afwezigheid van andere, bekend als AMPA-receptoren. Beide soorten receptoren reageren op de chemische boodschapper glutamaat, maar beide moeten doorgaans aanwezig zijn om een ​​synaps actief te laten zijn.

Van de meer dan 2.000 synapsen die het team bekeek, was ongeveer 30 procent filopodia en bijna allemaal hadden ze kenmerken die erop wezen dat het stille synapsen zouden kunnen zijn.

Om te testen of de verbindingen echt stil waren, wendden de onderzoekers zich tot glutamaat. Het kunstmatig toevoegen van de chemische boodschapper was niet voldoende om de synapsen te activeren, ontdekte het team, wat suggereert dat de verbindingen eigenlijk stille verbindingen waren.

Door naast glutamaat een elektrische stroom toe te voegen, veranderden deze verbindingen van onrijpe in volwassen synapsen. Dat is ook wat er gebeurt in de zich ontwikkelende hersenen wanneer een nieuwe herinnering wordt gevormd uit een stille synaps.

Het is onduidelijk of stille synapsen ook voorkomen in het volwassen menselijk brein, hoewel Harnett en andere wetenschappers zoals Sjöström denken dat het waarschijnlijk is. De onderzoekers gebruiken nu dezelfde technieken op menselijke hersenen om daar achter te komen.

Het vinden van stille synapsen in volwassen menselijke hersenen kan implicaties hebben voor de behandeling van aandoeningen zoals drugsverslaving. Onderzoek naar zich ontwikkelende ratten die cocaïne kregen, suggereert dat drugsgebruik genereert meer stille synapsendie dan een rol kunnen spelen opname symptomen. Als wetenschappers een manier zouden kunnen ontwikkelen om het aantal stille synapsen te beheersen, zouden ze zich mogelijk kunnen richten op aandoeningen die abnormale niveaus van stille synapsen vertonen.

Wat wel duidelijk is, is dat stille synapsen waarschijnlijk beantwoorden aan de vraag hoe het volwassen brein oude herinneringen vasthoudt en nieuwe maakt, zegt Harnett. Met deze bevinding “wordt het oplossen van die afweging opeens veel eenvoudiger.”