Paskats, kā mūsu smadzenes laika gaitā organizē atmiņas

Pētījumi par mūsu atmiņas organizēšanu jau sen ir bijuši aizraujoši neirozinātnieku vidū, ņemot vērā, ka tas varētu novest pie kognitīvo traucējumu novēršanas ārstēšanas. Šeit mēs pārskata dažus nesenos atklājumus par to, kā tiek organizēta atmiņa, kas parāda koordinēta neironu darbības “viļņa” nozīmi telpiskajā navigācijā un laika raksturu, kas ir saistīts ar to, kā tiek kodētas sasaistītās atmiņas.

Šim nolūkam šeit aprakstītie rezultāti izceļ hipokampa - smadzeņu atmiņas centra - izšķirošo un mainīgo lomu mūsu atmiņu veidošanā un nostiprināšanā, kā arī paplašinot identitātes izjūtu.

Diriģē smadzeņu neironu "orķestri": telpiskās kartes mūsu prāta acīs

Kā pelei tiek atjaunināta un izveidota kosmosa karte, kad tā pārvietojas savā vidē? Nesenā pētījumā zinātnieki pirmo reizi ziņoja, ka peles smadzenēs CA1 centrālais hipokampu apgabals ir atbildīgs par šo karti - un ka tas notiek, izmantojot nervu viļņu ievadi no tuvumā esošajiem smadzeņu reģioniem. Lai to parādītu, tika manipulēts ar hipokampa zonu CA3, kas atrodas netālu no CA1, tā ieeja tika izslēgta. Patiešām, kad ievade tika pārtraukta, atjaunotajās kartēs notika ievērojama jumbling.

Šajā pētījumā peles tika ģenētiski pārveidotas, lai ekspresētu toksīnu CA3, kas apturēja sinaptisko savienojumu darbību, kas savieno CA3 ar citām smadzeņu zonām. Tas nemaina neironu aktivitāti, bet noņem saziņu starp sinapsēm un ļāva zinātniekiem izpētīt, kas notiek ar kosmosa karti CA1, kad CA3 ievade tika likvidēta.

Pēc tam tika reģistrēta elektriskā strāva no atsevišķiem neironiem un kopējā elektriskā strāva no lielākas neironu grupas (saukta par lokālā lauka potenciālu), kamēr peles skrēja uz sliežu ceļa. Pēc tam zinātnieki varēs izmērīt katru teta ciklu vai laiku, kurā tika atjaunināta neironu telpiskā karte hipokampā, kā to nosaka peles aktivitāte.

Kaut arī transgēniskajām pelēm nebija grūtību veikt navigācijas uzdevumu, un atsevišķi neironu signāli varēja precīzi attēlot telpisko informāciju, galvenais secinājums bija tāds, ka globālās populācijas līmenī šo neironu signālu organizācijā bija skaidras kļūdas. Vienkārša analoģija, lai to ilustrētu, ir tāda, ka, izejot no CA3 uz CA1, nemainīja neironu “mūziku”, bet tā vietā “diriģentu”.

Šis pētījums ir pirmais, kas izgaismo ķēdes, kas savieno vietas šūnu ansambļus (hipokampu neironu veids, kas iesaistīts telpiskajā navigācijā) un to, kā viņi paši atjaunojas. Precīzāk, CA3 ievades noņemšana kavētu iespēju paredzēt telpisko atrašanās vietu. Tas izceļ to neironu kritisko nozīmi, kuri aktivizējas secīgi, lai nodrošinātu atmiņu sakārtošanu laika gaitā.

Mēs šeit redzam, ka neironu “orķestrim” ir vajadzīgs “diriģents” CA3 ievades veidā un ka atsevišķiem hipokampā esošajiem neironiem nepietiek, lai izveidotu funkcionējošu telpas karti. Tas uzsver stratēģiju savstarpējo atkarību, kas nosaka neironu kodēšanu. Konkrēti, ievērojami samazinājās nervu svārstības, kas bija raksturīgas saziņai no CA3 līdz CA1. Ņemot vērā to, ka šādi traucējumi iepriekš ir bijuši saistīti ar neirodeģeneratīvām slimībām, piemēram, Alcheimera slimību, turpmākais darbs pie smadzeņu ritma organizēšanas varētu uzlabot izpratni par to, kā smadzeņu shēma tiek organizēta šādās slimībās.

Zaudēt saikni starp saistītajām atmiņām, kad mēs novecojam - vai to var mainīt?

Citā pētījumā zinātnieku grupa izmantoja niecīgu mikroskopu (sauktu par Miniskopu), lai caur miniatūru logu apskatītu smadzenes un izpētītu, kā laika gaitā smadzenēs ir saistītas atmiņas.Lai gan šādi savienojumi ar vecumu pakāpeniski tiek vājināti, šie zinātnieki varēja izveidot veidu, kas ļautu atkal savienot atsevišķas atmiņas pusmūža peļu smadzenēs. Svarīgi ir tas, ka tam ir milzīgs potenciāls attīstīties ārstēšanai pacientiem ar vecuma demenci.

Šajā pētījumā izmantotais uz galvas piestiprinātais Miniskops ļāva zinātniekiem vizualizēt smadzenēs šaudošos neironus, kad pelēm ļāva brīvi pārvietoties. Šajā pētījumā tika izmantotas trīs unikālas kastes, un pētījuma pirmajā daļā piedalījās jaunas peles. Šeit katra pele tika ievietota visās trijās 10 minūtes vienā sesijā. Pirmajā un otrajā ailē ievietošanu atdalīja nedēļa, savukārt otrajā un trešajā ailē - tikai piecas stundas. Turklāt trešajā lodziņā pelei tika dots šoks.

Pēc divām dienām katra pele tika atgriezta visās trīs kastēs. Nav pārsteigums, ka peles sastingušas no bailēm, atpazīstot trešās kastes īpašības. Tomēr intriģējošais bija tas, ka pele arī sastinga, kad to ievietoja otrajā kastē, neskatoties uz to, ka šajā kastē agrāk nebija ievadīts šoks. Tas liecināja, ka šoka atmiņa no trešās rūtiņas tika pārnesta uz pieredzi otrajā lodziņā, kas notika piecas stundas iepriekš.

Pēc tam līdzīgs eksperiments tika veikts ar vidēja vecuma pelēm, izmantojot divas kastes ar piecu stundu starplaiku, un otrajā kastē tika izdarīts šoks. Tika konstatēts, ka šīs vecākās peles sastinga tikai otrajā kastē, kur tās bija šokētas, nevis pirmajā kastē. Šajā sakarā Miniskops konstatēja, ka abas atmiņas nav saistītas, un to vietā bija atsevišķi kodētas neironu shēmas. Pārsteidzošāk tas liecināja, ka novecošana vājina neironu spēju būt satrauktiem un kodēt atmiņu.

Varbūt visaizraujošākais atklājums šajā pētījumā bija tas, ka šos zaudētos savienojumus faktiski varēja glābt. Turpmākajā eksperimentu kopumā zinātnieki vispirms uzbudināja neironus hipokampa reģionā, pirms peles ievietoja pirmajā lodziņā. Pēc tam peles tika ievadītas pirmajā un otrajā kastē, kur pēc divām dienām tika veikts pēdas šoks. Atkārtoti ievadot pirmo lodziņu, peles sastinga, sasaistot šoku otrajā lodziņā ar pirmo, kas nozīmē, ka pastiprināta neironu uzbudināmība izglāba ar vecumu saistīto atmiņas sasaistes pasliktināšanos.

Īpaši svarīgi ir atzīmēt, ka atmiņas reālajā dzīvē nenotiek atsevišķi, ņemot vērā, ka pagātnes pieredze ietekmē jaunu atmiņu veidošanos un ietekmē mūsu lēmumu pieņemšanas procesus nākotnē. Cerams, ka pētījumi šajā jomā kādu dienu palīdzētu cilvēkiem, kuriem ir ar vecumu saistīta kognitīvā pasliktināšanās, uzlabojot viņu spējas savienot un saglabāt atmiņas.

Atsauces

Cai, D. J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W.,… Silva, A. J. (2016). Kopīgs neironu ansamblis sasaista atšķirīgas kontekstuālās atmiņas, kas kodētas tuvu laikam. Daba, 534. lpp(7605), 115–118. doi: 10.1038 / nature17955

Feng, T., Silva, D., & Foster, D. J. (2015). Disociācija starp Hippocampal Theta sekvenču atkarību no pieredzes un viena izmēģinājuma fāzes precesiju. Neirozinātnes žurnāls, 35(12), 4890–4902. doi: 10.1523 / jneurosci.2614-14.2015

Middleton, S. J., & McHugh, T. J. (2016). Klusējot CA3, tiek traucēta īslaicīga kodēšana CA1 ansamblī. Dabas neirozinātne. doi: 10.1038 / nn.4311

Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T., & Moser, M.-B. (2014). Režģa šūnas un garozas attēlojums. Dabas pārskatu neirozinātne, 15(7), 466. – 481. doi: 10.1038 / nrn3766

Šis viesu raksts sākotnēji tika parādīts godalgotajā veselības un zinātnes emuārā un smadzeņu tematiskajā kopienā BrainBlogger: Kā smadzenes organizē atmiņas visu laiku?