”Synapsen är nödvändig för livet”, säger Mendell Rimer, doktor i medicin, docent vid institutionen för neurovetenskap och experimentell terapi vid Texas A&M College of Medicine. Han studerar en specifik synaps som kallas den neuromuskulära korsningen, som – som namnet antyder – förbinder en motorneuron med en skelettmuskelfiber. Här förklarar han hur synapser fungerar och vad vi vet – och inte vet – om dessa viktiga förbindelser.
Synapser är en del av den krets som förbinder sinnesorgan, som de som känner av smärta eller beröring, i det perifera nervsystemet med hjärnan. Synapser förbinder neuroner i hjärnan med neuroner i resten av kroppen och från dessa neuroner till musklerna. Det är på detta sätt som till exempel intentionen att röra vår arm översätts till att musklerna i armen faktiskt rör sig. Synapserna är också viktiga inom hjärnan och spelar till exempel en avgörande roll i minnesbildningsprocessen.
”Informationsöverföring inom nervsystemet sker i kretsar, som kan ta upp information, som det faktum att en boll kommer mot oss, eller skapa ett utflöde, som att föra upp armen för att fånga bollen”, säger Rimer. ”Var och en av dessa kretsar har ett antal synapser som förbinder de neuroner som överför den sensoriska informationen till hjärnan om den annalkande bollen och de neuroner som utför de motoriska kommandona från hjärnan för att röra armen.”
Samtidigt måste alla dessa överföringar ske mycket snabbt, på millisekunder, så att allt verkar ske samtidigt – och vi träffas inte i ansiktet av bollen.
Det finns två olika typer av synapser, de elektriska och de kemiska, och de fungerar mycket olika. Den enklare typen är den elektriska synapsen, där det i princip inte finns några mellanrum mellan cellerna. Istället färdas joner genom så kallade gap junctions och överför en elektrisk laddning till nästa neuron.
Hur främjar jag mitt barns hjärnutveckling?
”Vi vet väldigt lite om hur dessa synapser regleras”, säger Rimer. ”Elektriska synapser har varit understuderade.”
Dessa gap junctions kan faktiskt förstås bättre i andra delar av kroppen, eftersom de inte är unika för neuroner. Det finns andra celler, t.ex. i hjärtat, som också har gap junctions som överför elektriska signaler.
Å andra sidan, vid kemiska synapser översätts den elektriska signalen i neuronerna, som kallas aktionspotential, till en kemisk signal som kan färdas över synapsen till nästa neuron i kretsen. ”Synapser kan här ses som en reläpost mellan celler, där man måste omvandla en signal”, säger Rimer. Detta sker genom frisättning av kemikalier som kallas neurotransmittorer, som frigörs i paket som kallas vesiklar när en aktionspotential anländer till synapsen. När neurotransmittorn når nästa neuron i kedjan omvandlas den kemiska signalen tillbaka till en aktionspotential som färdas ner i den neuronen till nästa synaps och så vidare.
”I hjärnan fungerar systemet så att det faktiskt blir bättre – det är vad inlärning och minne är”, sade Rimer. ”Vi tror att neuronerna i kretsen kan frigöra mer neurotransmittor eller sätta ut fler receptorer så att den synaptiska överföringen potentieras och blir effektivare när vi lär oss något nytt och bildar nya minnen.”
Minnet kan också innefatta skapandet av nya synapser. ”Vi tror att antalet och typen av synapser i hjärnan är mycket dynamiska”, säger Rimer. ”Det finns många sätt på vilka de gör beteendet bättre, eller till och med sämre i vissa fall.” Med andra ord kommer förlusten av synapser i hjärnan på grund av en degenerativ sjukdom som Alzheimers eller Parkinsons att orsaka en motsvarande förlust av funktion relaterad till vad dessa synapser gjorde. Faktum är att ny forskning tyder på att det är synapserna, snarare än själva neuronerna, som kan vara de första som visar effekterna av dessa tillstånd.
Synapser i resten av kroppen verkar inte vara lika sårbara. ”I den neuromuskulära korsningen räcker det med några få neurotransmittormolekyler för att utlösa en reaktion i muskelcellen”, säger Rimer. ”Systemet där är inställt på att aldrig misslyckas.” Det betyder inte att de aldrig har problem – i själva verket fokuserar Rimers forskning på genetiska och immunologiska sjukdomar som påverkar receptorerna i dessa neuromuskulära korsningar och orsakar problem från relativt små, som hängande ögonlock, till mycket allvarligare, som problem med diafragman och andra muskler som är involverade i andningen.
”Det faktum att problem med synapserna kan leda till att någon slutar att andas visar hur livsviktiga synapserna är för vår själva överlevnad”, säger Rimer. ”Folk fokuserar ofta på neuronerna eller muskelcellerna, men förbindelserna mellan dem är lika viktiga.”
Denna berättelse av Christina Sumners publicerades ursprungligen i Vital Record.