Hersencellen integreren signalen via trage dendrietspikes
Hersencellen verwerken informatie niet als een simpele schakelaar. Ze hebben uitlopers (dendrieten) die zelf actief berekeningen uitvoeren. Nieuw onderzoek laat zien dat die uitlopers juist door hun traagheid foutloos werken.
Een hersencel ontvangt voortdurend signalen van duizenden andere cellen. Die signalen komen niet precies tegelijkertijd aan, maar met kleine tijdsverschillen van milliseconden. Het probleem: hoe zorgt een cel er dan voor dat ze toch tot een coherente reactie leidt? Hoe ‘weet’ een neuron wanneer het genoeg heeft ontvangen om te vuren?
Trage dendrieten als geheugen
De onderzoekers, die hun model publiceerden in eLife, laten zien dat de uitlopers van neuronen zogenaamde plateaupotentialen kunnen opwekken. Dat zijn elektrische signalen die niet snel pieken en zakken, maar tientallen milliseconden lang aanhouden. In die periode kunnen er nieuwe binnenkomende signalen bij worden opgeteld.
Dit werkt als een tijdelijk geheugen. Elke uitloper houdt bij wat hij heeft ontvangen en reset pas daarna. Doordat dit venster ruim genoeg is om kleine tijdsverschillen te overbruggen, kunnen neuronen betrouwbaar reageren op asynchrone input, zelfs als de signalen niet perfect gesynchroniseerd aankomen.
Relevantie voor veroudering van het brein
Naarmate het brein veroudert, neemt de precisie van de communicatie tussen zenuwcellen af. Tijdsvertragingen worden groter, signalen raken vaker uit fase. Inzicht in hoe gezonde neuronen deze onnauwkeurigheden opvangen, helpt begrijpen wat er misgaat bij veroudering en neurodegeneratie.
De bevinding is ook interessant voor onderzoek naar neurodegeneratieve aandoeningen zoals Alzheimer. Bij die ziekte raken de verbindingen tussen neuronen aangetast. Als het buffermechanisme in de uitlopers de eerste verdedigingslinie is, zou verstoring van dat mechanisme vroeg in het ziekteproces al merkbaar kunnen zijn.
De onderzoekers richten zich in dit werk op computationele modellen, gevalideerd aan de hand van experimentele data. De volgende stap is directe meting in levend hersenweefsel. Toch biedt het model al concrete, testbare voorspellingen over hoe hersencellen zich gedragen bij veroudering of beschadiging.
Zoektermen om verder te lezen: dendritische plateaupotentialen neuronen, asynchrone synaptische integratie, neuronale berekeningen verouderend brein