Žvilgsnis į tai, kaip laikui bėgant mūsų smegenys organizuoja prisiminimus

Mūsų atminties organizavimo tyrimai ilgą laiką buvo susižavėję neuromokslininkų tema, turint omenyje, kad tai gali padėti gydyti pažinimo sutrikimus. Čia apžvelgiame keletą naujausių išvadų apie tai, kaip organizuojama atmintis, rodančią koordinuotos neuronų veiklos „bangos“ svarbą erdvinėje navigacijoje ir laikiną pobūdį, pagrindžiantį tai, kaip koduojamos susietos atmintys.

Šiuo tikslu čia aprašyti rezultatai išryškina lemiamą ir kintamą hipokampo - smegenų atminties centro - vaidmenį formuojant ir įtvirtinant mūsų prisiminimus, taip pat ir tapatumo jausmą.

Diriguoja smegenų neuroniniam „orkestrui“: erdviniai žemėlapiai mūsų proto akyje

Kaip pelei atnaujinamas ir sukuriamas erdvės žemėlapis, kai ji naršo savo aplinkoje? Neseniai atlikto tyrimo metu mokslininkai pirmą kartą pranešė, kad už šį žemėlapį yra atsakinga pelės smegenų CA1 centrinė hipokampo sritis - ir kad tai įvyksta per neuronų bangų įnešimą iš netoliese esančių smegenų regionų. Norėdami tai parodyti, buvo manipuliuojama hipokampo sritimi CA3, esančia netoli CA1, kad jos įvestis būtų išjungta. Tiesą sakant, kai įvestis buvo sustabdyta, atnaujintuose žemėlapiuose buvo reikšmingas triukšmas.

Šiame tyrime pelės buvo genų inžinerijos būdu ekspresuoti toksiną CA3, kuris sustabdė sinapsinių jungčių, jungiančių CA3 su kitomis smegenų sritimis, funkciją. Tai nekeičia neuronų aktyvumo, tačiau pašalina ryšį tarp sinapsių ir leido mokslininkams ištirti, kas atsitinka su kosminiu žemėlapiu CA1, kai CA3 įvestis buvo pašalinta.

Toliau buvo užfiksuota atskirų neuronų elektros srovė ir bendra didesnės neuronų grupės (vadinamos vietinio lauko potencialais) elektros srovė, pelėms bėgant takeliu. Tada mokslininkai galės išmatuoti kiekvieną teta ciklą arba laiką, per kurį hipokampo nervų erdvinis žemėlapis buvo atnaujintas, atsižvelgiant į pelių aktyvumą.

Nors transgeninėms pelėms nebuvo sunku atlikti navigacijos užduotį, o pavieniai neuronų signalai galėjo tiksliai atspindėti erdvinę informaciją, pagrindinė išvada buvo ta, kad pasauliniame populiacijos lygmenyje buvo aiškių šių neuronų signalų organizavimo klaidų. Paprasta tai iliustruojanti analogija būtų ta, kad pašalinus įvestį iš CA3 į CA1, nepakito nervinė „muzika“, o „dirigentas“ buvo pašalintas.

Šis tyrimas yra pirmasis, kuris nušvietė grandines, jungiančias vietos ląstelių ansamblius (hipokampo neuronų tipas, dalyvaujantis erdvinėje navigacijoje) ir jų atnaujinimą. Tiksliau, pašalinus CA3 įvestį, būtų trukdoma numatyti erdvinę vietą. Tai pabrėžia kritinę neuronų, aktyvuojančių nuosekliai, svarbą, siekiant užtikrinti, kad atmintį galėtume sutvarkyti.

Čia matome, kad neuroniniam „orkestrui“ reikia „dirigento“ CA3 įvesties pavidalu ir kad atskirų hipokampo neuronų nepakanka, kad būtų sukurtas veikiantis erdvės žemėlapis. Tai pabrėžia strategijų, lemiančių neuronų kodavimą, tarpusavio priklausomybę. Pažymėtina, kad pastebimai sumažėjo nervų virpesiai, būdingi bendraujant nuo CA3 iki CA1. Atsižvelgiant į tai, kad tokie sutrikimai anksčiau buvo siejami su neurodegeneracinėmis ligomis, tokiomis kaip Alzheimerio liga, ateityje dirbant su smegenų ritmo organizavimu, būtų galima geriau suprasti, kaip smegenų schema organizuojama tokiose ligose.

Ryšių praradimas tarp susijusių prisiminimų senstant - ar tai galima pakeisti?

Kito tyrimo metu mokslininkų grupė naudojo mažą mikroskopą (pavadintą „Miniskopu“), kad per miniatiūrinį langą apžiūrėtų smegenis ir ištirtų, kaip laikui bėgant susieti smegenų prisiminimai.Nors tokie ryšiai su amžiumi vis silpnėja, šie mokslininkai sugebėjo sukurti būdą, leidžiantį vėl susieti atskirus prisiminimus vidutinio amžiaus pelių smegenyse. Svarbu tai, kad tai turi didžiulį potencialą pacientams, sergantiems su amžiumi susijusia demencija, gydyti.

Šiame tyrime naudojamas ant galvos pritvirtintas „Miniscope“ leido mokslininkams vizualizuoti smegenyse šaudančius neuronus, kai pelėms buvo leidžiama laisvai judėti. Šiame tyrime buvo naudojamos trys unikalios dėžės, o pirmojoje tyrimo dalyje dalyvavo jaunos pelės. Kiekviena pelė buvo dedama į visas tris 10 minučių per seansą. Pirmą ir antrą langelius skyrė savaitė, o antroje ir trečioje dėžėse - tik penkios valandos. Be to, trečiajame laukelyje pelė patyrė šoką.

Po dviejų dienų kiekviena pelė buvo grąžinta į visas tris dėžes. Nenuostabu, kad pelės sustingo iš baimės, atpažinusios trečiojo langelio ypatybes. Tačiau intrigavo tai, kad pelė taip pat sustingo, kai buvo įdėta į antrą dėžę, nepaisant to, kad anksčiau šioje dėžėje nebuvo atliktas šokas. Tai leido manyti, kad šoko atmintis buvo perkelta iš trečios dėžutės į patirtį antroje dėžėje, kuri vyko prieš penkias valandas.

Vėliau buvo atliktas panašus eksperimentas su vidutinio amžiaus pelėmis, naudojant dvi dėžes su penkių valandų pertrauka, o antrojoje dėžutėje buvo šokas. Nustatyta, kad šios vyresnės pelės sustingo tik antroje dėžėje, kur jos buvo šokiruotos, o ne pirmoje dėžėje. Šiuo atžvilgiu „Miniscope“ nustatė, kad šie du prisiminimai nebuvo susieti, o jų vietoje buvo atskirai užkoduotos nervinės grandinės. Labiau stebina tai, kad senėjimas susilpnino neuronų gebėjimą jaudintis ir užkoduoti atmintį.

Bene įdomiausia šio tyrimo išvada buvo ta, kad šiuos prarastus ryšius iš tikrųjų buvo galima išgelbėti. Atlikdami šiuos eksperimentus, prieš padėdami peles į pirmąją dėžę, mokslininkai pirmiausia sužadino hipokampo regiono neuronus. Tada pelės buvo supažindintos su pirmąja ir antrąja dėže, kur po dviejų dienų buvo atliktas pėdos šokas. Grąžinus pirmąją dėžę, pelės sustingo, kai susiejo antrojo langelio šoką su pirmuoju, o tai reiškia, kad sustiprėjęs neuronų jaudrumas išgelbėjo su amžiumi susijusį atminties susiejimo pablogėjimą.

Ypač svarbu pažymėti, kad prisiminimai realiame gyvenime neatsiranda atskirai, atsižvelgiant į tai, kad praeities patirtis daro įtaką naujų prisiminimų formavimui ir daro įtaką mūsų sprendimų priėmimo procesams ateityje. Tikimės, kad šios srities tyrimai vieną dieną padėtų žmonėms, turintiems su amžiumi susijusį kognityvinį nuosmukį, pagerinti jų sugebėjimus susieti ir išsaugoti prisiminimus.

Nuorodos

Cai, D. J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W.,… Silva, A. J. (2016). Bendras neuronų ansamblis susieja skirtingus kontekstinius prisiminimus, užkoduotus laike. Gamta, 534(7605), 115–118. doi: 10.1038 / nature17955

Feng, T., Silva, D., & Foster, D. J. (2015). Atsiribojimas nuo patirties priklausančio Hippocampal Theta sekų vystymosi ir vieno tyrimo fazės precesijos. Neurologijos mokslas, 35 m(12), 4890–4902. doi: 10.1523 / jneurosci.2614-14.2015

Middleton, S. J. ir McHugh, T. J. (2016). Nutildžius CA3, sutrinka laikinas CA1 ansamblio kodavimas. Gamtos neuromokslas. doi: 10.1038 / nn.4311

Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T., & Moser, M.-B. (2014). Tinklelio ląstelės ir žievės atvaizdavimas. Gamtos apžvalgos neurologija, 15(7), 466–481. doi: 10.1038 / nrn3766

Šis svečių straipsnis iš pradžių pasirodė apdovanojimų pelniusiame sveikatos ir mokslo tinklaraštyje bei smegenų tematikos bendruomenėje „BrainBlogger“: kaip smegenys organizuoja prisiminimus per visą laiką?