Pilk sellele, kuidas meie aju aja jooksul mälestusi korrastab

Meie mälu korrastamise uurimine on neuroteadlaste seas juba ammu paelunud, arvestades, et see võib viia kognitiivsete häirete tagasipööramise ravini. Siinkohal vaatame üle mõned hiljutised leiud mälu korralduse kohta, mis näitavad neuronite aktiivsuse koordineeritud "laine" tähtsust ruumilises navigeerimises ja seotud mälestuste kodeerimise aluseks olevat ajalist olemust.

Selleks toovad siin kirjeldatud tulemused välja hipokampuse - aju mälukeskuse - üliolulise ja varieeruva rolli meie mälestuste moodustamisel ja kindlustamisel ning laiendades ka identiteeditunnet.

Brain’s Neuronal “Orkestri” dirigeerimine: ruumikaardid meie vaimusilmas

Kuidas värskendatakse ja toodetakse hiire jaoks ruumi kaarti, kui see oma keskkonnas navigeerib? Värskes uuringus teatasid teadlased esmakordselt, et selle kaardi eest vastutab hiire aju CA1 keskne hipokampuse piirkond - ja et see toimub läheduses asuvate ajupiirkondade närvilaine sisendi kaudu. Selle demonstreerimiseks manipuleeriti CA1 lähedal asuvat hipokampuse piirkonda CA3 nii, et selle sisend lülitati välja. Tõepoolest, kui sisend peatati, toimus ajakohastatud kaartide märkimisväärne segadus.

Selles uuringus konstrueeriti hiired geneetiliselt CA3-s toksiini ekspresseerimiseks, mis peatas CA3 teiste ajupiirkondadega ühendavate sünaptiliste ristmike funktsiooni. See ei muuda neuronite aktiivsust, kuid eemaldab sünapside vahelise suhtluse ja võimaldas teadlastel uurida, mis juhtub CA1 kosmosekaardiga, kui CA3 sisend kõrvaldatakse.

Järgmisena registreeriti üksikute neuronite elektrivool ja suurema neuronite rühma kogu elektrivool (nimetatakse kohalikeks väljapotentsiaalideks), samal ajal kui hiired jooksid rajal. Seejärel saaksid teadlased mõõta iga teeta tsüklit või aega, mille jooksul hipokampuse neuraalset ruumikaarti värskendati vastavalt hiirte aktiivsusele.

Ehkki transgeensetel hiirtel ei olnud navigeerimisülesande täitmisega raskusi ja üksikud neuronisignaalid suutsid täpselt kujutada ruumiteavet, oli peamine järeldus see, et nende neuronaalsignaalide korralduses olid ülemaailmsel populatsioonitasemel selged vead. Lihtne analoogia selle illustreerimiseks oleks see, et sisendi kõrvaldamine CA3-st CA1-ni ei muutnud neuronaalset "muusikat", vaid eemaldas selle asemel "dirigendi".

See uuring on esimene, mis valgustab koharakkude (ruumilises navigeerimises osaleva hipokampuse neuroni tüüp) ühendavaid vooluringe ja nende värskendamist. Täpsemalt, CA3 sisendi eemaldamine takistaks võimalust ruumilist asukohta ennustada. See toob esile järjestikuste neuronite aktiveerimise kriitilise tähtsuse, et tagada mälestuste organiseerimine aja jooksul.

Me näeme siin, et närviline „orkester” vajab „dirigenti” CA3 sisendi kujul ja et üksikud hipokampuse neuronid ei ole toimiva ruumikaardi genereerimiseks piisavad. See rõhutab neuronite kodeerimist määravate strateegiate vastastikust sõltuvust. Nimelt vähenes märkimisväärselt närvivõnkumine, mis oli tüüpiline suhtlemisel CA3-st CA1-ni. Arvestades, et selliseid häireid on varem seostatud neurodegeneratiivsete haigustega nagu Alzheimer, võib tulevane töö aju rütmi korraldamisel parandada arusaamist sellest, kuidas aju skeem on selliste haiguste korral korraldatud.

Seoste kaotamine seotud mälestuste vahel vananedes - kas seda saab tagasi pöörata?

Teises uuringus kasutas rühm teadlasi pisikest mikroskoopi (nimetatud Miniskoopiks), et vaadata aju läbi miniatuurse akna ja uurida, kuidas aju mälestused on aja jooksul seotud.Ehkki sellised ühendused nõrgenevad vanusega järk-järgult, suutsid need teadlased luua viisi, mis võimaldaks keskealistel hiirte ajus uuesti ühendada eraldi mälestusi. Oluline on see, et sellel on suur potentsiaal vanusega seotud dementsusega patsientide raviks.

Selles uuringus kasutatud pea külge kinnitatud Miniscope võimaldas teadlastel visualiseerida ajus põlevaid neuroneid, kui hiirtel lubati vabalt liikuda. Selle uuringu jaoks kasutati kolme ainulaadset kasti ja uuringu esimeses osas osalesid noored hiired. Siin pandi iga hiir seanssi jooksul 10 minutiks kõigisse kolme. Esimesse ja teise lahtrisse paigutamist eraldas nädal, teist ja kolmandat lahtrit aga ainult viis tundi. Lisaks sai hiir kolmandas kastis šoki.

Kahe päeva pärast viidi iga hiir tagasi kõigi kolme kasti juurde. Pole üllatav, et hiired külmusid kolmanda kasti omadusi ära tundes hirmust. Põnev oli aga see, et hiir tardus ka teise kasti pannes vaatamata sellele, et selles kastis polnud varem šokki manustatud. See viitas sellele, et šoki mälu kandus kolmandast kastist teise kasti kogemusesse, mis toimus viis tundi enne.

Seejärel viidi sarnane katse läbi keskealiste hiirtega, kasutades kahte kasti viietunnise vahega ja teises kastis tehti šokk. Leiti, et need vanemad hiired külmusid ainult teises kastis, kus nad olid šokeeritud, ja mitte esimeses kastis. Sellega seoses leidis Miniscope, et need kaks mälu ei olnud omavahel seotud ja neil olid eraldi kodeeritud närviskeemid. Silmatorkavamalt näitas see, et vananemine nõrgendas neuronite võimet erutuda ja mälu kodeerida.

Selle uuringu kõige põnevam järeldus oli võib-olla see, et neid kaotatud sidemeid sai tegelikult päästa. Järgmises katsekomplektis erutasid teadlased kõigepealt hipokampuse piirkonna neuroneid enne hiirte asetamist esimesse kasti. Seejärel tutvustati hiirtele esimest ja teist kasti, kus kahe päeva pärast tehti jalgade šokk. Esimesse kasti taaskehtestamisel hiired külmusid, kui sidusid teise kasti šoki esimesega, mis tähendab, et neuronite suurenenud erutuvus päästis vanusega seotud mälu sidumise halvenemise.

Eriti asjakohane on märkida, et mälestused ei esine tegelikus elus eraldiseisvalt, arvestades, et varasemad kogemused mõjutavad uute mälestuste moodustumist ja mõjutavad meie otsustusprotsesse tulevikus. Loodetavasti aitaksid selle valdkonna uurimused ühel päeval vanusega seotud kognitiivse langusega inimesi parandada mälestuste ühendamise ja säilitamise võimet.

Viited

Cai, D. J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W.,… Silva, A. J. (2016). Jagatud närviansambel seob ajas lähedalt kodeeritud erinevad kontekstuaalsed mälestused. Loodus, 534(7605), 115–118. doi: 10.1038 / nature17955

Feng, T., Silva, D., & Foster, D. J. (2015). Hippocampal Theta järjestuste kogemusest sõltuva arengu ja ühekordse uuringu faasi pretsessiooni eraldumine. Neuroteaduste ajakiri, 35(12), 4890–4902. doi: 10.1523 / jneurosci.2614-14.2015

Middleton, S. J. ja McHugh, T. J. (2016). CA3 vaigistamine häirib ansambli CA1 ajalist kodeerimist. Looduse neuroteadus. doi: 10.1038 / nn.4311

Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T., ja Moser, M.-B. (2014). Ruudustiku rakud ja kortikaalne esitus. Looduse ülevaated Neuroscience, 15(7), 466–481. doi: 10.1038 / nrn3766

See külalisartikkel ilmus algselt auhinnatud tervise- ja teadusblogis ning ajuteemalises kogukonnas BrainBlogger: Kuidas aju kogu aeg mälestusi korraldab?