Pillantás arra, hogy az agyunk hogyan szervezi az emlékeket az idők során

Emlékezetünk szervezésével kapcsolatos kutatások már régóta lenyűgöző témák az idegtudósok körében, mivel ez a kognitív károsodások visszafordításának kezeléséhez vezethet. Itt áttekintünk néhány, a memória szerveződésével kapcsolatos legújabb megállapítást, amelyek megmutatják az idegsejtek összehangolt „hullámának” jelentőségét a térbeli navigációban, valamint az összekapcsolt emlékek kódolásának alapját képező időbeli jelleget.

Ebből a célból az itt leírt eredmények kiemelik a hippokampusz - az agy memóriaközpontjának - döntő és változó szerepét emlékeink kialakításában és megszilárdításában, és kiterjesztve identitásérzetünket.

Az agy neuronális „zenekarának” dirigálása: térbeli térképek az elménk szemében

Az egér számára hogyan frissül és készíthető egy űrtérkép, amikor a környezetében navigál? Egy nemrégiben készült tanulmányban a tudósok először számoltak be arról, hogy az egér agyának CA1 központi hippokampus területe felelős ezért a térképért - és hogy ez a közeli agyi régiókból származó ideghullám bemeneten keresztül történik. Ennek bemutatására a CA1 közelében elhelyezkedő CA3 hippokampusz területet úgy manipulálták, hogy a bemenet ki lett kapcsolva. Valóban, amikor a bemenet leállt, jelentősen összetört a frissített térkép.

Ebben a tanulmányban az egereket genetikailag módosították egy toxin expresszálására a CA3-ban, amely megállította a szinaptikus csomópontok működését, amelyek összekötik a CA3-ot az agy más területeivel. Ez nem változtatja meg az idegsejtek aktivitását, de eltávolítja a szinapszisok közötti kommunikációt, és lehetővé tette a tudósok számára, hogy megvizsgálják, mi történik a CA1 űrtérképével, amikor a CA3 bemenet megszűnt.

Ezután rögzítettük az egyes idegsejtek elektromos áramát és egy nagyobb idegsejtcsoport teljes elektromos áramát (helyi mezőpotenciálnak nevezzük), miközben az egerek pályán futottak. A tudósok ezután képesek lennének megmérni az egyes theta-ciklusokat, vagy azt az időt, amely alatt az egerek aktivitása alapján meghatározták a hippocampus idegi térbeli térképét.

Bár a transzgénikus egereknek nem okozott nehézséget a navigációs feladat végrehajtása, és az egyes idegsejtek pontosan képesek voltak ábrázolni a térbeli információkat, a legfontosabb megállapítás az volt, hogy egyértelmű hibák voltak ezen idegsejtek szervezésében globális populációs szinten. Egyszerű analógia ennek szemléltetésére az lenne, hogy a CA3 és a CA1 közötti bemenet megszüntetése nem változtatta meg a neurális „zenét”, hanem eltávolította a „karmestert”.

Ez a tanulmány elsőként világít rá a helysejtek (a térbeli navigációban részt vevő hippokampusos neuronok egyik típusa) együtteseit összekötő áramkörökre és azok frissítésének módjára. Pontosabban, a CA3 bemenet eltávolítása akadályozná a térbeli hely előrejelzését. Ez kiemeli az idegsejtek egymás után történő aktiválásának kritikus fontosságát annak biztosítása érdekében, hogy az emlékeket idővel rendezhessük.

Itt látjuk, hogy az idegi „zenekarnak” szüksége van a „karmesterre” CA3 bemenet formájában, és hogy a hippokampusz egyes idegsejtjei nem elegendőek a tér működő térképének létrehozásához. Ez hangsúlyozza az idegsejtek kódolását meghatározó stratégiák kölcsönös függőségét. Nevezetesen, a CA3 és a CA1 közötti kommunikációra jellemző idegi oszcillációk jelentősen csökkentek. Tekintettel arra, hogy az ilyen rendellenességeket korábban olyan neurodegeneratív betegségekhez kapcsolták, mint az Alzheimer-kór, az agyi ritmus szervezésével kapcsolatos jövőbeni munka javíthatja annak megértését, hogy az agy áramköre hogyan szerveződik ilyen betegségek esetén.

Kapcsolatok elvesztése a kapcsolódó emlékek között az életkor előrehaladtával - megfordítható ez?

Egy másik tanulmányban egy tudóscsoport egy apró mikroszkópot használt (Miniszkóp néven), hogy megtekintse az agyat egy miniatűr ablakon keresztül, és megvizsgálja, hogyan kapcsolódnak az agy emlékei az idők során.Bár az ilyen kapcsolatok az életkor előrehaladtával fokozatosan gyengülnek, ezek a tudósok képesek voltak olyan módszert létrehozni, amely lehetővé tette külön emlékek újrakapcsolódását a középkorú egér agyában. Fontos, hogy ennek óriási lehetősége van az életkorral összefüggő demenciában szenvedő betegek kezelésének kifejlesztésére.

A tanulmányban használt fejre szerelt Miniscope lehetővé tette a tudósok számára az agyban tüzelő idegsejtek megjelenítését, amikor az egerek szabadon mozoghattak. Három egyedi dobozt használtak ehhez a vizsgálathoz, és a vizsgálat első részében fiatal egerek vettek részt. Itt minden egeret mindháromba helyeztünk munkamenetenként 10 percig. Az első és a második dobozba helyezést egy hét választotta el, míg a második és a harmadik mezőben csak öt óra. Ezenkívül az egér sokkot kapott a harmadik dobozban.

Két nap elteltével minden egeret visszahelyeztek mindhárom dobozba. Nem meglepő módon az egerek megdermedtek a félelemtől, amikor felismerték a harmadik doboz jellemzőit. Érdekes volt azonban, hogy az egér is megfagyott, amikor a második dobozba került, annak ellenére, hogy korábban ebben a dobozban nem volt sokk. Ez arra utalt, hogy a sokk emléke átkerült a harmadik rovatból a második dobozba, amely öt órával ezelőtt történt.

Ezt követően hasonló kísérletet hajtottak végre középkorú egerekkel két doboz alkalmazásával, ötórás különbséggel, és a második dobozban sokkot kaptak. Megállapították, hogy ezek az idősebb egerek csak a második dobozban fagytak meg, ahol sokkot kaptak, és nem az első dobozban. Ebben a tekintetben a Miniszkóp megállapította, hogy a két memória nincs összekapcsolva, és külön-külön kódolt idegi áramkörökkel rendelkeznek. Feltűnőbb, hogy ez azt jelezte, hogy az öregedés gyengítette az idegsejtek izgalmi és memóriakódolási képességét.

Talán a legizgalmasabb megállapítás ebben a tanulmányban az volt, hogy ezeket az elveszett kapcsolatokat valóban meg lehet menteni. A következő kísérletsorozatban a tudósok először izgatták az idegsejteket a hippocampus egyik régiójában, mielőtt az egereket az első dobozba helyezték volna. Ezután az egereket bevezették az első és a második dobozba, ahol két nap múlva lábütést végeztek. Az első dobozba való visszatérés után az egerek megdermedtek, amikor a második dobozban lévő sokkot összekötötték az elsővel, ami azt sugallta, hogy a fokozott idegsejtek ingerlékenysége megmentette az életkorral összefüggő romlást a memória összekapcsolásában.

Különösen releváns megjegyezni, hogy az emlékek a való életben nem elszigeteltek, mivel a múltbeli tapasztalatok befolyásolják az új emlékek kialakulását és a jövőbeni döntéshozatali folyamatainkat. Remélhetőleg az ezen a területen végzett kutatások egy napon segítenek az életkorral összefüggő kognitív hanyatlásban szenvedőknek abban, hogy javítsák képességeiket az emlékek összekapcsolására és megtartására.

Hivatkozások

Cai, D. J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W.,… Silva, A. J. (2016). Egy közös neurális együttes összekapcsolja az időben bezárt, különálló kontextuális emlékeket. Természet, 534(7605), 115–118. doi: 10.1038 / nature17955

Feng, T., Silva, D. és Foster, D. J. (2015). Diszociáció a Hippocampal Theta szekvenciák tapasztalattól függő fejlődése és az egypróbás fázisú precesszió között. Journal of Neuroscience, 35(12), 4890–4902. doi: 10.1523 / jneurosci.2614-14.2015

Middleton, S. J. és McHugh, T. J. (2016). A CA3 elnémítása megszakítja az időbeli kódolást a CA1 együttesben. Természet idegtudomány. doi: 10.1038 / nn.4311

Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T., és Moser, M.-B. (2014). Rácssejtek és kérgi ábrázolás. Nature Reviews Neuroscience, 15(7), 466–481. doi: 10.1038 / nrn3766

Ez a vendégcikk eredetileg a díjnyertes egészségügyi és tudományos blogon és agy-témájú közösségen, a BrainBlogger-n jelent meg: Hogyan szervezi az agy az emlékeket az idő folyamán?