Поглед на то како наш мозак временом организује успомене

Истраживање организације нашег памћења дуго је било тема фасцинације међу неурознанственицима с обзиром да би то могло довести до третмана за уклањање когнитивних оштећења. Овде ћемо прегледати нека недавна сазнања о томе како је организовано памћење који показују важност координираног „таласа“ неуронске активности у просторној навигацији и временску природу која лежи у основи како се кодирају повезане успомене.

У ту сврху, овде описани резултати истичу пресудну и променљиву улогу хипокампуса - меморијског центра мозга - у формирању и консолидацији наших сећања, а самим тим и осећају идентитета.

Дириговање можданим неуронским „оркестром“: Просторне мапе у нашем уму

Како се за миша ажурира и израђује карта свемира када се креће кроз своје окружење? У недавној студији, научници први пут извештавају да је ЦА1 централно подручје хипокампуса у мозгу миша одговорно за ову мапу - и да се то дешава улазом нервних таласа из оближњих регија мозга. Да би се то демонстрирало, подручје хипокампуса ЦА3 које се налази у близини ЦА1 манипулисано је тако да је његов улаз искључен. Заправо, када је унос заустављен, дошло је до значајног помешања ажурираних мапа.

У овој студији, мишеви су генетски направљени да експримирају токсин у ЦА3 који зауставља функцију синаптичких спојева који повезују ЦА3 са другим деловима мозга. Ово не мења неуронску активност, али уклања комуникацију између синапси и омогућило је научницима да истраже шта се дешава са свемирском мапом у ЦА1 када је унос ЦА3 елиминисан.

Затим су забележени електрична струја из појединих неурона и укупна електрична струја из веће групе неурона (названи потенцијали локалног поља) док су мишеви трчали по стази. Научници би тада могли да измере сваки тета циклус или време током ког је ажурирана неурална просторна карта у хипокампусу, како је одређено активношћу мишева.

Иако трансгени мишеви нису имали потешкоћа у извршавању навигационог задатка, а појединачни неуронски сигнали могли су тачно да представљају просторне информације, кључни налаз је био да постоје јасне грешке у организацији ових неуронских сигнала на глобалном нивоу популације. Једноставна аналогија која би ово илустровала била би да уклањање улаза са ЦА3 на ЦА1 није променило неуронску „музику“, већ је уклонило „проводника“.

Ова студија је прва која је осветлила склопове који повезују ансамбле ћелија места (врста неурона хипокампуса који су укључени у просторну навигацију) и начин на који се они ажурирају. Тачније, уклањање ЦА3 улаза би омело могућност предвиђања просторне локације. Ово наглашава критичну важност неурона који се активирају у низу како би се осигурало да можемо временом организовати сећања.

Овде видимо да је неуронском „оркестру“ потребан „диригент“ у облику ЦА3 улаза и да појединачни неурони у хипокампусу нису довољни за генерисање функционалне мапе простора. Ово наглашава међузависност стратегија које одређују кодирање неурона. Приметно је да је дошло до значајног смањења неуронских осцилација које су биле типичне за комуникацију од ЦА3 до ЦА1. С обзиром на то да су такви поремећаји претходно повезани са неуродегенеративним болестима као што је Алзхеимер-ова, будући рад на организацији можданог ритма могао би отуда побољшати разумевање како је мождани круг организован код таквих болести.

Губљење веза између сродних сећања како старимо - може ли се ово преокренути?

У другој студији, група научника користила је сићушни микроскоп (назван Минископ) како би мозак прегледала кроз минијатурни прозор и истражила како су сећања у мозгу повезана временом.Иако су такве везе с годинама прогресивно слабе, ови научници су успели да створе начин који омогућава да се одвојена сећања поново повежу у средовечном мозгу миша. Важно је да ово има огроман потенцијал за развој у лечењу пацијената са старосном деменцијом.

Минископ монтиран на главу који се користи у овој студији омогућио је научницима да визуализују неуроне који пуцају у мозгу док се мишевима омогућава слободно кретање. За ову студију коришћене су три јединствене кутије, а у првом делу студије учествовали су млади мишеви. Овде је сваки миш стављен у сва три по 10 минута по сесији. Смештај у прву и другу кутију одвојен је за недељу дана, док је у другу и трећу кутију одвојено само пет сати. Поред тога, миш је добио шок у трећој кутији.

После два дана, сваки миш је враћен у све три кутије. Није изненађујуће што су се мишеви следили од страха кад су препознали карактеристике треће кутије. Међутим, оно што је било интригантно је то што се и миш смрзнуо када се стави у другу кутију, упркос чињеници да раније у овој кутији није било удара. То сугерише да је сећање на шок пренето из треће кутије у искуство у другој кутији која се догодила пет сати раније.

Сличан експеримент је накнадно изведен са средовечним мишевима користећи две кутије у размаку од пет сати, при чему је у другој кутији настао шок. Утврђено је да су се ови старији мишеви смрзли само у другој кутији где су били шокирани, а не у првој кутији. С тим у вези, Минископ је открио да две меморије нису повезане и да су уместо тога имале одвојено кодиране неуронске склопове. Још запањујуће, ово је указало да је старење ослабило способност неурона да се побуде и кодирају меморију.

Можда је најузбудљивије откриће у овој студији било да би се те изгубљене везе у ствари могле спасити. У следећем низу експеримената, научници су прво побудили неуроне у региону хипокампуса пре него што су мишеве поставили у прву кутију. Мишеви су затим уведени у прву и другу кутију, где је након два дана примењен шок стопала. По поновном увођењу у прву кутију, мишеви су се смрзли док су повезивали шок у другој кутији са првом, што имплицира да је појачана неуронска ексцитабилност спасила старосно погоршање повезивања меморије.

Посебно је важно напоменути да се сећања у стварном животу не јављају изоловано, с обзиром на то да прошла искуства утичу на то како се нова сећања формирају и утичу на наше процесе доношења одлука у будућности. Надамо се да ће истраживања у овој области једног дана помоћи људима са старосним когнитивним падом у смислу побољшања њихових способности повезивања и задржавања успомена.

Референце

Цаи, Д. Ј., Ахарони, Д., Схуман, Т., Схобе, Ј., Биане, Ј., Сонг, В., ... Силва, А. Ј. (2016). Заједнички неуронски ансамбл повезује различите контекстуалне успомене кодиране у времену. Природа, 534(7605), 115–118. дои: 10.1038 / природа17955

Фенг, Т., Силва, Д. и Фостер, Д. Ј. (2015). Дисоцијација између развоја зависних од искуства хипокампалних Тхета секвенци и фазе прецесије у једном испитивању. Јоурнал оф Неуросциенце, 35(12), 4890–4902. дои: 10.1523 / јнеуросци.2614-14.2015

Миддлетон, С. Ј., & МцХугх, Т. Ј. (2016). Утишавање ЦА3 ремети привремено кодирање у ЦА1 ансамблу. Натуре Неуросциенце. дои: 10.1038 / нн.4311

Мосер, Е. И., Роуди, И., Виттер, М. П., Кентрос, Ц., Бонхоеффер, Т., & Мосер, М.-Б. (2014). Мрежне ћелије и кортикални приказ. Натуре Ревиевс Неуросциенце, 15(7), 466–481. дои: 10.1038 / нрн3766

Овај гостујући чланак првобитно се појавио на награђиваном блогу о здрављу и науци и заједници тематизираној мозгом, БраинБлоггер: Како мозак организује сећања током времена?