Neuroner, de grundläggande enheterna i nervsystemet, är mycket anpassningsbara celler som kan förändra sin struktur och funktion som svar på sin miljö. Detta fenomen, känt som neuronal plasticitet, är avgörande för inlärning, minne och andra kognitiva processer. Även om det är välkänt att neuroner påverkas av elektriska och kemiska signaler, tyder ny forskning på att mekaniska krafter också spelar en viktig roll för att forma neuronalt beteende.

I en studie publicerad i tidskriften "Neuron" undersökte ett team av biologer från University of California, San Francisco (UCSF) ledd av Dr. Catherine Dulac rollen av mekaniska krafter i att forma neuronal funktion. De fokuserade på en specifik typ av neuron i mushjärnan som kallas en mitralcell, som är ansvarig för att bearbeta luktinformation.

Med hjälp av en kombination av avancerade avbildningstekniker och biofysiska analyser fann forskarna att styvheten i den extracellulära matrisen (ECM), 3D-ställningen som omger och stödjer celler, påverkar mitraliscellernas beteende. När ECM var styvare, hade mitralisceller ökad excitabilitet och bildade fler synapser, förbindelserna där neuroner kommunicerar med varandra. Omvänt, när ECM var mjukare, hade mitralisceller minskat excitabilitet och bildade färre synapser.

Forskarna upptäckte också att styvheten hos ECM direkt påverkar aktiviteten hos en nyckelmolekylär väg som kallas RhoA-vägen, som är känd för att reglera cellform, rörlighet och vidhäftning. Genom att modulera styvheten hos ECM kunde forskarna kontrollera aktiveringen av RhoA-vägen och på så sätt manipulera mitraliscellernas funktion.

Dessa fynd tyder på att mekaniska krafter spelar en betydande roll för att forma neuronalt beteende och kretsbildning i hjärnan. Genom att förstå hur mekaniska krafter påverkar neuronernas funktion kan forskare få nya insikter i utvecklingen och behandlingen av neurologiska störningar som autismspektrumstörning och schizofreni, som kännetecknas av onormal neuronal anslutning och funktion.

Förutom att ge ett nytt perspektiv på neuronal plasticitet, belyser denna studie också vikten av tvärvetenskaplig forskning. Genom att kombinera tekniker från biologi, fysik och ingenjörsvetenskap kunde forskarna avslöja ett dolt lager av komplexitet i neuronfunktion som tidigare hade förbisetts. Denna konvergens av discipliner kommer sannolikt att driva framtida framsteg i vår förståelse av hjärnan och dess störningar.