Izhodišča, namen in metodološke značilnosti raziskave

Zamisel, da se nevroni v celičnih kulturah lahko »učijo«, oziroma čedalje bolj usmerjeno odzivajo na dražljaje v svoji okolici, se morda zdi kot znanstvena fantastika, a jo je avtorjem nedavno objavljene raziskave uspelo prevesti v resničnost. V raziskavi so živčne celice, ki so izvirale bodisi iz človeških induciranih pluripotentnih matičnih celic bodisi možganov mišjih zarodkov, izpostavili električnim dražljajem, s katerimi so posnemali videoigrico »Pong« – preprosto igro, kjer mora igralec z usmerjanjem loparja pravočasno zadeti in odbiti žogico. Sistem je celicam nudil povratno informacijo o »uspešnosti« – če je v nevronih izmeril časovno in prostorsko ustrezno usklajevanje akcijskih potencialov (»zadetek žogice«), jih je »nagradil« s predvidljivim, kratkim električnim impulzom, če pa so nevroni žogico »zgrešili«, je temu sledil nepredvidljiv in nekoliko daljši električni impulz.

Rezultati

V primerjavi s celicami, ki niso dobile nobene povratne informacije, in celicami, ki so jim v odsotnosti »igre« merili zgolj spontano električno aktivnost, so raziskovalci tako pri človeških kot pri mišjih nevronih, ki so bili izpostavljeni povratnim informacijam, opazili vse bolj usklajen vzorec proženja akcijskih potencialov, zaradi česar so pri igri postajali čedalje uspešnejši. Z dodatnimi poskusi so ugotovili, da so imele te celične kulture več povezav med »senzoričnimi« področji, ki so sprejemala (povratne) informacije, in »motoričnimi« področji, ki so se odzivala s premikanjem loparja, ter izključili možnost, da je bila naraščajoča uspešnost posledica neusmerjenega pogostejšega premikanja loparja ali ohranjanja loparja v enakem položaju.

Zaključki

Avtorji med prednostmi raziskave izpostavljajo izvirno metodološko zasnovo, ki jim je omogočila vpogled v proces učenja na ravni celičnih kultur (za razliko od modelnih teoretičnih napovedi ali opazovanja organizma, npr. poskusne živali). Dodajajo, da zaradi tehničnih omejitev (velikosti elektrod v primerjavi s celicami) niso mogli usmerjati električnih dražljajev v različne dele celic, razbrati, kateri del celice se je odzval z akcijskim potencialom, ali preverjati morebitnih razlik v odzivanju posameznih celičnih podtipov. Ker so za kulture uporabili relativno majhno število celic, izpostavljajo, da izsledki niso posplošljivi niti na tridimenzionalne možgane najbolj preprostih organizmov, vendar zaključujejo, da lahko tudi zelo poenostavljen model, ustrezno prilagojen in izboljšan v nadaljnih raziskavah, nudi nove vpoglede v procese učenja in pomembno prispeva k znanstvenemu in tehnološkemu napredku.

Povzela: Lana Blinc, dr. med.