Pogled na to, kako naši možgani sčasoma organizirajo spomine

Raziskave organizacije našega spomina so bile med nevroznanstveniki že dolgo navdušujoče, saj bi to lahko vodilo v zdravljenje odpravljanja kognitivnih motenj. Tu pregledujemo nekatere nedavne ugotovitve o tem, kako je organiziran spomin, ki kažejo na pomen usklajenega "vala" nevronske aktivnosti v prostorski navigaciji in na časovno naravo, na kateri temelji kodiranje povezanih spominov.

V ta namen tukaj opisani rezultati poudarjajo ključno in spremenljivo vlogo hipokampusa - možganskega spominskega centra - pri oblikovanju in utrjevanju naših spominov ter s tem tudi občutka identitete.

Dirigiranje možganskega nevronskega "orkestra": Prostorski zemljevidi v našem umu

Kako se za miško posodobi in izdela zemljevid vesolja, ko krmili po svojem okolju? V nedavni študiji znanstveniki prvič poročajo, da je za to karto odgovorno osrednje hipokampalno območje CA1 v mišjih možganih - in da se to zgodi z vnosom nevronskih valov iz možganskih regij v bližini. Da bi to dokazali, je bilo z območjem hipokampala CA3, ki se nahaja blizu CA1, manipulirano tako, da je bil njegov vhod izklopljen. Ko se je vnos ustavil, se je posodobljeni zemljevid bistveno zmedel.

V tej študiji so miši genetsko izdelali za izražanje toksina v CA3, ki je ustavil delovanje sinaptičnih stikov, ki CA3 povezujejo z drugimi možganskimi področji. To ne spremeni nevronske aktivnosti, ampak odstranjuje komunikacijo med sinapsami in je omogočilo znanstvenikom, da raziščejo, kaj se zgodi z vesoljskim zemljevidom v CA1, ko je bil vnos CA3 odstranjen.

Nato so zabeležili električni tok posameznih nevronov in skupni električni tok večje skupine nevronov (imenovani potenciali lokalnega polja), medtem ko so miši tekle po progi. Znanstveniki bi nato lahko izmerili vsak teta cikel ali čas, v katerem je bil nevronski prostorski zemljevid v hipokampusu posodobljen, kot je določeno z dejavnostjo miši.

Čeprav transgene miši niso imele težav z izvajanjem navigacijske naloge in so signali posameznih nevronov lahko natančno predstavljali prostorske informacije, je bila ključna ugotovitev, da so bile na ravni svetovne populacije očitne napake pri organizaciji teh nevronskih signalov. Enostavna analogija, ki bi to ponazorila, bi bila, da odstranitev vnosa iz CA3 v CA1 ni spremenila nevronske "glasbe", temveč je odstranila "dirigenta".

Ta študija je prva, ki razkriva vezja, ki povezujejo ansamble krajevnih celic (vrsta hipokampalnega nevrona, vključenega v prostorsko navigacijo) in kako se posodabljajo. Natančneje, odstranjevanje vnosa CA3 bi oviralo možnost napovedovanja prostorske lokacije. To poudarja ključni pomen nevronov, ki se aktivirajo v zaporedju, da lahko zagotovimo organizacijo spominov skozi čas.

Tu vidimo, da nevronski "orkester" potrebuje "dirigenta" v obliki vnosa CA3 in da posamezni nevroni v hipokampusu niso dovolj za ustvarjanje delujočega zemljevida prostora. To poudarja soodvisnost strategij, ki določajo kodiranje nevronov. Predvsem se je opazno zmanjšalo nevronsko nihanje, ki je bilo značilno za komunikacijo od CA3 do CA1. Glede na to, da so bile takšne motnje že povezane z nevrodegenerativnimi boleznimi, kot je Alzheimerjeva bolezen, bi lahko prihodnje delo na področju organizacije možganskega ritma izboljšalo razumevanje, kako je možgansko vezje organizirano pri takih boleznih.

Izguba povezav med sorodnimi spomini, ko se staramo - ali je to mogoče spremeniti?

V drugi študiji je skupina znanstvenikov z drobnim mikroskopom (poimenovanim Miniscope) pogledala možgane skozi miniaturno okno in raziskala, kako so spomini v možganih sčasoma povezani.Čeprav so takšne povezave s starostjo postopno oslabljene, so ti znanstveniki lahko ustvarili način, ki omogoča ponovno povezavo ločenih spominov v mišjih možganih srednjih let. Pomembno je, da ima to velik potencial za razvoj pacientov s starostno demenco.

Miniskop, nameščen na glavi, ki je bil uporabljen v tej študiji, je znanstvenikom omogočil vizualizacijo nevronov, ki streljajo v možganih, saj so se miši lahko prosto gibale. Za to študijo so bile uporabljene tri edinstvene škatle, prvi del študije pa je vključeval mlade miši. Tu je bila vsaka miška postavljena v vse tri po 10 minut na sejo. Umestitev v prvo in drugo škatlo je ločil teden dni, v drugo in tretjo škatlo pa le pet ur. Poleg tega je miška v tretjem polju dobila šok.

Po dveh dneh so vsako miško vrnili v vsa tri polja. Ni presenetljivo, da so miši zamrle od strahu, ko so prepoznale značilnosti tretje škatle. Zanimivo pa je bilo, da je tudi miška zmrznila, ko je bila postavljena v drugo škatlo, kljub dejstvu, da v njej prej ni šok. To je nakazovalo, da se je spomin na šok prenesel iz tretje škatle v izkušnjo v drugi škatli, ki se je zgodila pet ur prej.

Podoben poskus so nato izvedli z miši srednjih let z uporabo dveh škatel v razmiku petih ur, pri čemer je bil v drugem polju šok. Ugotovljeno je bilo, da so te starejše miši zmrznile šele v drugi škatli, kjer so bile šokirane, in ne v prvi škatli. V zvezi s tem je Miniscope ugotovil, da spomina nista povezana, temveč imata ločeno kodirana nevronska vezja. Še bolj presenetljivo je to pokazalo, da staranje oslabi sposobnost vzbujanja nevronov in kodiranja spomina.

Morda najbolj vznemirljiva ugotovitev v tej študiji je bila, da bi te izgubljene povezave dejansko lahko rešili. V naslednjem nizu poskusov so znanstveniki najprej vzbudili nevrone v regiji hipokampusa, preden so miši postavili v prvo škatlo. Nato so miši uvedli v prvo in drugo škatlo, kjer je bil po dveh dneh opravljen nožni šok. Po ponovni uvedbi v prvo škatlo so miši zamrznile, ko so povezale šok v drugi škatli s prvim, kar pomeni, da je povečana nevronska razdražljivost rešila starostno poslabšanje povezovanja spomina.

Zlasti primerno je omeniti, da se spomini v resničnem življenju ne pojavljajo ločeno, saj pretekle izkušnje vplivajo na to, kako nastajajo novi spomini in vplivajo na naše procese odločanja v prihodnosti. Upamo, da bi raziskave na tem področju nekoč pomagale ljudem s starostnim kognitivnim upadom v smislu izboljšanja njihovih sposobnosti povezovanja in ohranjanja spominov.

Reference

Cai, D. J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W.,… Silva, A. J. (2016). Skupna nevronska zasedba povezuje različne kontekstualne spomine, kodirane v času. Narava, 534(7605), 115–118. doi: 10.1038 / nature17955

Feng, T., Silva, D. in Foster, D. J. (2015). Disociacija med izkušnjami odvisnim razvojem zaporedij hipokampalne tete in fazo precesije v enem poskusu. Časopis za nevroznanost, 35(12), 4890–4902. doi: 10.1523 / jneurosci.2614-14.2015

Middleton, S. J. in McHugh, T. J. (2016). Utišanje CA3 moti časovno kodiranje v ansamblu CA1. Naravna nevroznanost. doi: 10.1038 / nn.4311

Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T., in Moser, M.-B. (2014). Mrežne celice in predstavitev skorje. Nature Reviews Neuroscience, 15(7), 466–481. doi: 10.1038 / nrn3766

Ta gostujoči članek se je prvotno pojavil na večkrat nagrajenem spletnem dnevniku o zdravju in znanosti ter v temo skupnosti možganov BrainBlogger: Kako možgani skozi čas organizirajo spomine?