Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro doktorantas Igoris Nagula ir bakalauro studentė Gabija Valentaitė tiria, kaip ankstyvuoju postnataliniu laikotarpiu vystosi hipokampo neuronų elektrofiziologinės savybės ir vyksta sinapsių genėjimo procesai. Savo tyrimą jie pristatė „Mokslo sprinto“ konkurse ir pelnė antrąją vietą.
„Norėjome paprastai paaiškinti sudėtingą reiškinį – kaip neuronai mokosi atsirinkti prasmingus ryšius. Palyginome tai su vaikystėje patiriamais santykiais – kaip vaikai išmoksta atskirti gerus ryšius nuo toksiškų. Panašiai elgiasi ir neuronai“, – sako I. Nagula.
Tyrime I. Nagula ir G. Valentaitė analizavo, kaip ankstyvuoju postnataliniu laikotarpiu vystosi pelių hipokampo neuronai. Ši smegenų sritis ypač svarbi mokymuisi, atminčiai ir emocijų apdorojimui, todėl jos brendimo procesai glaudžiai susiję su bendru pažinimo vystymusi.
Ankstyvuoju postnataliniu laikotarpiu, kai smegenys dar tik formuojasi, hipokampe vyksta itin aktyvūs pokyčiai – ne tik kuriamos naujos jungtys, bet ir pradedama jas atsirinkti. Šis procesas vadinamas sinapsių genėjimu ir yra laikomas esminiu sveikos smegenų veiklos formavimosi etapu.
Pasak mokslininkų, sinapsių genėjimo metu smegenys atsisako neefektyvių, perteklinių jungčių, o išsaugo tik tas, kurios veikia sklandžiai ir tikslingai. Taip susiformuoja tvarus, funkcionalus neuronų tinklas. Šis reiškinys vyksta ir žmogaus smegenyse – ypač per pirmuosius gyvenimo metus.
„Tai tarsi socialinių ryšių brendimas: pradžioje visi kontaktai svarbūs, bet vėliau smegenys – kaip ir žmonės – atsirenka, kurie ryšiai prasmingi, o kurių verta atsisakyti. Tai leidžia tinklui veikti efektyviau“, – aiškina I. Nagula.
Pelės tyrimui pasirenkamos labai tiksliai – nuo pirmos savaitės po gimimo. Būtent šiuo laikotarpiu jų hipokampas sparčiai vystosi ir leidžia tyrėjams stebėti sinapsinio aktyvumo pokyčius pačiu jautriausiu brendimo momentu.
Nuo sveikų neuronų portreto – prie ligų supratimo
Tyrimas aktualus siekiant geriau suprasti ne tik smegenų vystymąsi, bet ir neurologinius sutrikimus – tokius kaip autizmo spektras ar šizofrenija.
„Sinapsių genėjimo procesas tam tikrų neurologinių būklių atvejais gali būti sutrikęs. Nors mes tiesiogiai netiriame konkrečių ligų, galime sukurti sveikų neuronų profilį ir jį palyginti su duomenimis iš modifikuotų modelių“, – paaiškina I. Nagula.
Pasak pašnekovų, tik žinant, kaip atrodo „sveika“ sistema, galima identifikuoti, kas joje pradeda veikti netinkamai. Tokie palyginimai leidžia suprasti, kuriuose etapuose ima keistis elektrinių signalų perdavimas – tai svarbus pagrindas tolesniems tyrimams, ypač ieškant ankstyvosios diagnostikos galimybių ar kuriant taikinius būsimiems gydymo metodams.
„Tai labai jautrus metodas, leidžiantis tyrinėti neuronų elgseną tarsi iš vidaus – nuo pavienių impulsų iki jų tarpusavio sąveikos per sinapses. Šis procesas reikalauja didelio kruopštumo – net maža techninė klaida gali pabloginti duomenų kokybę“, – sako G. Valentaitė.
Surinkti duomenys leidžia tirti skirtingų aktyvumo rūšių – pasyvaus, aktyvaus ir sinapsinio – sąveikas. Jie padeda formuoti visapusišką sveiko neurono elektrofiziologinį vaizdą, kuriuo remiantis vėliau vertinami pakitimai esant vystymosi sutrikimams.
Mokslas kaip scena ir dialogas
Nors tyrimo tema – neuronų elektrofiziologinis aktyvumas ir sinapsių selekcija – gali skambėti sudėtingai, tandemas pasirinko paprastą ir atpažįstamą pristatymo būdą. Scenoje jie vilkėjo baltus chalatus ir improvizuotu pokalbiu perteikė kasdienę mokslininkų darbo atmosferą – su abejonėmis, diskusijomis ir bandymais paaiškinti sudėtingus reiškinius suprantamai.
„Mūsų kasdienybėje dažnai vyksta tokie pokalbiai – kas nors neveikia, ką nors taisai, diskutuoji su kolega, kodėl rezultatai ne tokie, kokių tikėjaisi. Norėjome į sceną perkelti tikrą atmosferą. Kai Gabija pasiūlė tokį formatą, iš pradžių buvau skeptiškas. Bet galiausiai supratau, kad tai puikus būdas įtraukti auditoriją“, – pasakoja I. Nagula.
Mokslininkams norėjosi, kad žmonės ne tik suprastų, bet ir įsijaustų – pamatytų, kaip jie dirba, su kuo susiduria, kaip galvoja: „Ne visi turi domėtis mokslu, bet visi turi teisę jį suprasti. Jei mes, mokslininkai, nepaiškinsime, kas vyksta ir kodėl tai svarbu – tai padarys kiti, dažnai klaidingai. Pandemija labai aiškiai parodė, kiek žalos gali sukelti dezinformacija. Kai visuomenė nesupranta, ką daro mokslininkai, atsiranda vietos mitams, sąmokslo teorijoms, nepasitikėjimui. Mūsų darbas – parodyti, kad mokslas yra apie žmones, jų gyvenimus ir ateitį. Todėl mokslo komunikacija nėra pasirinkimas – tai atsakomybė.“
I. Nagulos kelias į neuromokslus prasidėjo ne akademiniame universitete, o kolegijoje, kur jis studijavo veterinariją. „Norėjau gydyti gyvūnus, bet netrukus supratau, kad mane domina ne tik klinikinis darbas, bet ir platesni biologiniai procesai. Tai paskatino pereiti prie biologijos studijų ir gilintis į neuromokslus“, – pasakoja jis.
G. Valentaitę smegenų tyrimai sudomino jau studijų pradžioje: „Smegenys – palyginti nedidelis organas, tačiau jose glūdi milžiniški neuronų tinklai, prisiminimai, kalba, idėjos, kūryba. Tai man vis dar atrodo kaip nepaprastas reiškinys.“
