”Synapsi on välttämätön elämälle”, sanoo tohtori Mendell Rimer, Teksasin A&M -yliopiston lääketieteellisen korkeakoulun neurotieteen ja kokeellisen terapeuttisen hoidon laitoksen dosentti. Hän tutkii neuromuskulaariseksi liitoskohdaksi kutsuttua synapsia, joka – kuten nimikin kertoo – yhdistää liikehermosolun ja luurankolihaskuidun. Tässä hän selittää, miten synapsit toimivat ja mitä tiedämme – ja mitä emme tiedä – näistä ratkaisevan tärkeistä yhteyksistä.
Synapsit ovat osa piiriä, joka yhdistää ääreishermoston aistielimet, kuten kipua tai kosketusta havaitsevat elimet, aivoihin. Synapsit yhdistävät aivoissa olevat neuronit muualla kehossa oleviin neuroneihin ja näistä neuroneista lihaksiin. Näin esimerkiksi aikomus liikuttaa käsivartta johtaa siihen, että käsivarren lihakset todella liikkuvat. Synapsit ovat tärkeitä myös aivojen sisällä, ja niillä on tärkeä rooli esimerkiksi muistin muodostumisprosessissa.
”Tiedonsiirto hermostossa toimii virtapiireissä, jotka voivat ottaa vastaan tietoa, kuten sen, että pallo on tulossa meitä kohti, tai luoda tuotoksen, kuten käden nostamisen ylös pallon kiinniottamiseksi”, Rimer sanoi. ”Jokaisessa näistä piireistä on useita synapseja, jotka yhdistävät neuronit, jotka välittävät aivoihin aistitietoa lähestyvästä pallosta, ja neuronit, jotka toteuttavat aivojen antamat motoriset käskyt käden liikuttamiseksi.”
Kaiken tämän tiedonsiirron on tapahduttava hyvin nopeasti, millisekunneissa, jotta kaikki näyttäisi tapahtuvan samanaikaisesti – eikä pallo osu kasvoihin.
Synapseja on kahta eri tyyppiä, sähköisiä ja kemiallisia, ja ne toimivat hyvin eri tavalla. Yksinkertaisempi tyyppi on sähköinen synapsi, jossa solujen välillä ei periaatteessa ole rakoja. Sen sijaan ionit kulkevat niin sanottujen rajakytkentöjen kautta ja siirtävät sähkövarauksen seuraavaan hermosoluun.
Miten vauhditan vauvani aivojen kehitystä?
”Tiedämme hyvin vähän siitä, miten näitä synapseja säädellään”, Rimer sanoo. ”Sähköisiä synapseja on tutkittu liian vähän.”
Nämä aukkoliitokset saatetaan itse asiassa ymmärtää paremmin muilla kehon alueilla, sillä ne eivät ole ainutlaatuisia neuroneille. On muitakin soluja, kuten sydämessä, joissa on myös aukkoliittymiä, jotka välittävät sähköisiä signaaleja.
Kemiallisissa synapseissa neuronien sisäinen sähköinen signaali, jota kutsutaan toimintapotentiaaliksi, muutetaan kemialliseksi signaaliksi, joka voi kulkea synapsien yli piirin seuraavaan neuroniin. ”Synapseja voidaan tässä ajatella solujen välisenä releasemana, jossa signaali on muunnettava”, Rimer sanoi. Tämä tapahtuu vapauttamalla neurotransmittereiksi kutsuttuja kemikaaleja, joita vapautuu vesikkeleiksi kutsutuissa paketeissa toimintapotentiaalin saapuessa synapsiin. Kun välittäjäaine saavuttaa ketjun seuraavan hermosolun, kemiallinen signaali muuntuu takaisin toimintapotentiaaliksi, joka kulkee kyseistä hermosolua pitkin seuraavaan synapsiin ja niin edelleen.
”Aivoissa järjestelmä toimii niin, että se itse asiassa paranee – sitä on oppiminen ja muisti”, Rimer sanoi. ”Ajattelemme, että piirin neuronit saattavat vapauttaa enemmän välittäjäaineita tai asettaa enemmän reseptoreita, jotta synaptinen siirto voimistuu ja tehostuu oppiessamme jotain uutta ja muodostaessamme uusia muistoja.”
Muistiin saattaa liittyä myös uusien synapsien luominen. ”Uskomme, että aivoissa synapsien määrä ja tyyppi ovat hyvin dynaamisia”, Rimer sanoi. ”On monia tapoja, joilla ne tekevät käyttäytymisestä parempaa tai joissain tapauksissa jopa huonompaa.” Toisin sanoen synapsien menetys aivoissa, joka johtuu degeneratiivisesta sairaudesta, kuten Alzheimerin taudista tai Parkinsonin taudista, aiheuttaa vastaavan toimintakyvyn menetyksen, joka liittyy siihen, mitä nuo synapsit tekivät. Itse asiassa viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että juuri synapsit, eivätkä itse neuronit, saattavat ensimmäisenä osoittaa näiden tilojen vaikutukset.
Synapsit muualla kehossa eivät näytä olevan aivan yhtä haavoittuvia. ”Neuromuskulaarisessa liitoksessa muutama välittäjäainemolekyyli riittää käynnistämään reaktion lihassolussa”, Rimer sanoi. ”Siellä oleva järjestelmä on viritetty niin, ettei se koskaan vikaannu.” Tämä ei tarkoita, etteikö niissä olisi koskaan ongelmia – itse asiassa Rimerin tutkimus keskittyy geneettisiin ja immunologisiin sairauksiin, jotka vaikuttavat reseptoreihin näissä neuromuskulaarisissa liitoksissa aiheuttaen ongelmia suhteellisen vähäisistä, kuten silmäluomien roikkumisesta, paljon vakavampiin, kuten pallean ja muiden hengitykseen osallistuvien lihasten ongelmiin.
”Se, että ongelmat synapseissa voivat aiheuttaa sen, että joku voi lakata hengittämästä, osoittaa, miten elintärkeitä synapsit ovat eloonjäämisellemme”, Rimer sanoi. ”Ihmiset keskittyvät usein neuroneihin tai lihassoluihin, mutta niiden väliset yhteydet ovat aivan yhtä tärkeitä.”
Tämä Christina Sumnersin kirjoittama juttu ilmestyi alun perin Vital Record -lehdessä.