“Synapsen er afgørende for livet,” siger Mendell Rimer, ph.d., der er lektor i Institut for Neurovidenskab og Eksperimentel Terapi på Texas A&M College of Medicine. Han studerer en specifik synapse kaldet det neuromuskulære knudepunkt, der – som navnet antyder – forbinder et motorisk neuron med en skeletmuskelfiber. Her forklarer han, hvordan synapser fungerer, og hvad vi ved – og ikke ved – om disse vigtige forbindelser.
Synapser er en del af det kredsløb, der forbinder sanseorganer, som f.eks. dem, der registrerer smerte eller berøring, i det perifere nervesystem, med hjernen. Synapserne forbinder neuroner i hjernen med neuroner i resten af kroppen og fra disse neuroner til musklerne. Det er på denne måde, at f.eks. hensigten om at bevæge vores arm omsættes til, at musklerne i armen rent faktisk bevæger sig. Synapser er også vigtige i hjernen og spiller f.eks. en afgørende rolle i processen med hukommelsesdannelse.
“Overførsel af information i nervesystemet foregår i kredsløb, som kan optage information, som f.eks. at en bold kommer mod os, eller skabe et output, som f.eks. at bringe armen op for at fange bolden”, sagde Rimer. “Hvert af disse kredsløb har et antal synapser, der forbinder de neuroner, der overfører den sensoriske information til hjernen om den nærmer sig bolden, og de neuroner, der udfører de motoriske kommandoer fra hjernen til at bevæge armen.”
På samme tid skal alle disse transmissioner ske meget hurtigt, i millisekunder, så det hele synes at ske samtidig – og vi bliver ikke ramt i ansigtet af bolden.
Der er to forskellige typer synapser, de elektriske og de kemiske, og de fungerer meget forskelligt. Den enklere type er den elektriske synapse, hvor der stort set ikke er nogen mellemrum mellem cellerne. I stedet bevæger ioner sig gennem det, der kaldes gap junctions, og overfører en elektrisk ladning til den næste neuron.
Hvordan kan jeg fremme mit barns hjerneudvikling?
“Vi ved meget lidt om, hvordan disse synapser reguleres,” siger Rimer. “Elektriske synapser er blevet understuderet.”
Disse gap junctions kan faktisk blive bedre forstået i andre områder af kroppen, da de ikke er unikke for neuroner. Der er andre celler, f.eks. i hjertet, som også har gap junctions, der overfører elektriske signaler.
På den anden side bliver det elektriske signal i neuroner, kaldet et aktionspotentiale, ved kemiske synapser omsat til et kemisk signal, der kan rejse over synapsen til den næste neuron i kredsløbet. “Synapser kan her tænkes som en relæpost mellem celler, hvor man skal omdanne et signal,” siger Rimer. Dette sker gennem frigivelse af kemikalier kaldet neurotransmittere, som frigives i pakker kaldet vesikler ved ankomsten af et aktionspotentiale ved synapsen. Når neurotransmitteren når frem til den næste neuron i kæden, omdannes det kemiske signal tilbage til et aktionspotentiale, der bevæger sig ned gennem denne neuron til den næste synapse og så videre.
“I hjernen fungerer systemet, så det faktisk bliver bedre – det er det, som læring og hukommelse er,” sagde Rimer. “Vi tror, at neuronerne i kredsløbet måske frigiver mere neurotransmitter eller udsender flere receptorer, så den synaptiske transmission bliver potenseret og mere effektiv, efterhånden som vi lærer noget nyt og danner nye minder.”
Memory kan også involvere oprettelsen af nye synapser. “Vi tror, at antallet og typen af synapser i hjernen er meget dynamiske,” sagde Rimer. “Der er mange måder, hvorpå de gør adfærd bedre, eller endda værre i nogle tilfælde.” Med andre ord vil tab af synapser i hjernen som følge af en degenerativ sygdom som Alzheimers eller Parkinsons medføre et tilsvarende tab af funktion relateret til det, som disse synapser gjorde. Faktisk tyder nyere forskning på, at det er synapserne snarere end selve neuronerne, der måske er de første, der viser virkningerne af disse tilstande.
Synapserne i resten af kroppen synes ikke at være helt så sårbare. “I det neuromuskulære knudepunkt er nogle få neurotransmittermolekyler nok til at udløse en reaktion i muskelcellen,” sagde Rimer. “Systemet der er indrettet til aldrig at fejle.” Det betyder ikke, at de aldrig har problemer – faktisk fokuserer Rimers forskning på genetiske og immunologiske sygdomme, der påvirker receptorerne i disse neuromuskulære kryds, hvilket forårsager problemer fra de relativt mindre, som hængende øjenlåg, til de langt mere alvorlige, som problemer med mellemgulvet og andre muskler, der er involveret i vejrtrækningen.
“Det faktum, at problemer med synapser kan få nogen til at holde op med at trække vejret, viser bare, hvor afgørende vigtige synapserne er for vores overlevelse,” sagde Rimer. “Folk fokuserer ofte på neuronerne eller muskelcellerne, men forbindelserne mellem dem er lige så vigtige.”
Denne historie af Christina Sumners blev oprindeligt bragt i Vital Record.