Поглед към това как нашите мозъци организират спомени с течение на времето

Изследванията върху организацията на нашата памет отдавна са тема на очарование сред невролозите, тъй като това може да доведе до лечения за обръщане на когнитивните увреждания. Тук ще разгледаме някои скорошни открития за това как е организирана паметта, които показват важността на координираната „вълна“ от невронална активност в пространствената навигация и временната природа, лежаща в основата на това как се кодират свързани спомени.

За тази цел резултатите, описани тук, подчертават решаващата и променлива роля на хипокампуса - центъра на паметта на мозъка - във формирането и консолидирането на нашите спомени и като разширяване на нашето чувство за идентичност.

Дирижиране на „Нейроналния мозък“ на оркестъра: Пространствени карти в окото на нашия ум

За мишката как се актуализира и създава карта на космоса, когато тя се ориентира в околната среда? В скорошно проучване учените съобщават за първи път, че централната хипокампална зона CA1 в мозъка на мишката е отговорна за тази карта - и че това се случва чрез невронни вълни, вложени от мозъчните региони наблизо. За да се демонстрира това, хипокампалната зона CA3, разположена близо до CA1, беше манипулирана така, че входът й беше изключен. Всъщност, когато въвеждането беше спряно, имаше значително бъркане на актуализираните карти.

В това проучване мишките са генетично проектирани да експресират токсин в СА3, който спира функцията на синаптичните връзки, свързващи СА3 с други области на мозъка. Това не променя невронната активност, но премахва комуникацията между синапсите и позволява на учените да изследват какво се случва с космическата карта в CA1, когато входът CA3 е елиминиран.

След това се записва електрическият ток от отделни неврони и общият електрически ток от по-голяма група неврони (наричани потенциали на локално поле), докато мишките тичат по писта. След това учените ще могат да измерват всеки тета цикъл или времето, през което невронната пространствена карта в хипокампуса се актуализира, както се определя от активността на мишките.

Въпреки че трансгенните мишки не са имали затруднения при изпълнението на навигационна задача и единичните невронни сигнали могат точно да представят пространствена информация, ключовата констатация е, че има явни грешки в организацията на тези невронални сигнали на глобално населено ниво. Една проста аналогия, която да илюстрира това, би била, че елиминирането на входа от CA3 до CA1 не променя невронната „музика“, а вместо това премахва „диригента“.

Това изследване е първото, което хвърля светлина върху веригите, свързващи ансамблите от клетки на място (вид хипокампален неврон, участващ в пространствената навигация) и как те се актуализират. По-конкретно, премахването на въвеждане на CA3 би попречило на възможността за прогнозиране на пространствено местоположение. Това подчертава критичната важност на невроните да се активират последователно, за да се гарантира, че можем да организираме спомени във времето.

Тук виждаме, че невронният „оркестър“ се нуждае от „диригента“ под формата на CA3 вход и че отделните неврони в хипокампуса не са достатъчни, за да генерират функционираща карта на пространството. Това подчертава взаимозависимостта на стратегиите, които определят кодирането на невроните. Забележително е, че имаше значително намаляване на невронните трептения, които бяха типични за комуникация от CA3 до CA1. Като се има предвид, че подобни смущения преди са били свързани с невродегенеративни заболявания като болестта на Алцхаймер, бъдещата работа по организация на мозъчния ритъм би могла да подобри разбирането за това как е организирана веригата на мозъка при такива заболявания.

Загубата на връзки между свързани спомени с напредване на възрастта - Може ли това да се обърне?

В друго проучване група учени са използвали малък микроскоп (наречен Miniscope), за да разгледат мозъка през миниатюрен прозорец и да изследват как спомените в мозъка са свързани с времето.Въпреки че подобни връзки постепенно отслабват с възрастта, тези учени успяха да създадат начин, позволяващ отделни спомени да бъдат възстановени в мозъка на мишката на средна възраст. Важното е, че това има огромен потенциал за развитие на лечение за пациенти с възрастова деменция.

Минископът, монтиран на главата, използван в това проучване, позволи на учените да визуализират неврони, изстрелващи се в мозъка, тъй като на мишките беше позволено да се движат свободно. За това проучване бяха използвани три уникални кутии, а първата част от проучването включваше млади мишки. Тук всяка мишка беше поставена и в трите за 10 минути на сесия. Поставянето в първата и втората кутия беше разделено със седмица, докато във втората и третата кутия беше разделено само с пет часа. Освен това, мишката получи шок в третата кутия.

След два дни всяка мишка беше върната и в трите кутии. Не е изненадващо, че мишките замръзнаха от страх, след като разпознаха характеристиките на третата кутия. Интригуващото обаче беше, че мишката също замръзна, когато беше поставена във втората кутия, въпреки факта, че по-рано в тази кутия не е имало шок. Това предполага, че споменът за шока е пренесен от третата кутия в преживяването във втората кутия, която се е състояла пет часа преди това.

Впоследствие е проведен подобен експеримент с мишки на средна възраст, използвайки две кутии с интервал от пет часа и при което във втората кутия е направен шок. Установено е, че тези по-стари мишки са замръзнали само във втората кутия, където са били шокирани, а не в първата кутия. В тази връзка Miniscope установи, че двете спомени не са свързани и вместо това имат отделно кодирани невронни вериги. По-поразителното е, че това показва, че стареенето отслабва способността на невроните да се възбуждат и да кодират памет.

Може би най-вълнуващото откритие в това проучване беше, че тези загубени връзки всъщност могат да бъдат спасени. В следващия набор от експерименти учените първо възбудиха невроните в района на хипокампуса, преди да поставят мишките в първата кутия. След това мишките се въвеждат в първата и втората кутия, където след два дни се прилага шок от крака. При повторното въвеждане в първата кутия, мишките замръзнаха, докато свързваха шока във втората кутия с първата, което означава, че повишената невронална възбудимост е спасила свързаното с възрастта влошаване на връзката с паметта.

Особено уместно е да се отбележи, че спомените не се появяват изолирано в реалния живот, като се има предвид, че миналият опит влияе върху това как се формират новите спомени и влияят върху нашите процеси на вземане на решения в бъдеще. Надяваме се, че изследванията в тази област един ден ще помогнат на хората с когнитивен спад, свързан с възрастта, по отношение на подобряването на техните способности за свързване и запазване на спомени.

Препратки

Cai, D. J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W., ... Silva, A. J. (2016). Споделен невронен ансамбъл свързва различни контекстуални спомени, кодирани отблизо във времето. Природа, 534(7605), 115–118. doi: 10.1038 / nature17955

Feng, T., Silva, D., & Foster, D. J. (2015). Дисоциация между зависимото от опита развитие на хипокампални тета последователности и фаза на прецесия на едно изпитание. Journal of Neuroscience, 35(12), 4890–4902. doi: 10.1523 / jneurosci.2614-14.2015

Middleton, S. J., & McHugh, T. J. (2016). Заглушаването на CA3 нарушава временното кодиране в ансамбъла CA1. Природа Невронаука. doi: 10.1038 / nn.4311

Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T., & Moser, M.-B. (2014). Решетъчни клетки и кортикално представяне. Nature Neuroscience, 15(7), 466–481. doi: 10.1038 / nrn3766

Тази статия за гости първоначално се появи в наградения за здраве и наука блог и мозъчна тематика, BrainBlogger: Как мозъкът организира спомените във времето?