Viens veikals tiek saglabāts daudzos savienojumos


Atmiņā iesaistītie smadzeņu reģioni

Video: daudzi smadzeņu reģioni, kas, iespējams, ir iesaistīti atmiņas kodēšanā (augšpusē), tika iesaistīti arī atmiņā pēc atkārtotas aktivizēšanas (apakšā).
perspektīvas vairāk

Kredīts: Tonegawa Lab / MIT Picower Institute

Jauns zinātnieku pētījums Pikovas mācīšanās un atmiņas institūts MIT sniedz līdz šim visaptverošākos un stingrākos pierādījumus tam, ka zīdītāju smadzenes glabā vienu atmiņu plaši izplatītā, funkcionāli savienotā kompleksā, kas aptver daudzus smadzeņu reģionus, nevis tikai vienu vai pat dažas vietas.

Atmiņas pionieris Ričards Semons šādu “vienotu engrammu kompleksu” bija paredzējis vairāk nekā pirms gadsimta, taču, lai gūtu apstiprinājumu savai hipotēzei no jaunā pētījuma, bija jāpielieto vairākas tehnoloģijas, kas tika izstrādātas tikai nesen. Pētījumā komanda identificēja un sarindoja desmitiem jomu, par kurām iepriekš nebija zināms, ka tās ir saistītas ar atmiņu, un parādīja, ka atmiņas izguve kļūst uzvedībā spēcīgāka, ja tiek atkārtoti aktivizēti vairāki atmiņas uzglabāšanas reģioni, nevis tikai viens.

“Parasti, kad mēs runājam par atmiņas uzglabāšanu, mēs visi runājam par hipokampu vai garozu,” sacīja līdzstrādnieks un līdzautors Dheeraj Roy. Viņš sāka pētījumus kā aspirants Pikovera institūta RIKEN-MIT neironu ķēžu ģenētikas laboratorijā vecākā autora un Pikovera profesora uzraudzībā. Susumu Tonegava. “Šis pētījums atspoguļo visplašāko glabāšanas kodēšanas šūnu vai atmiņas “engrammu” aprakstu, kas izplatītas visā smadzenēs, ne tikai labi zināmajos atmiņas reģionos. Tas būtībā nodrošina pirmo augstas varbūtības engrammu reģionu sarakstu. Šim sarakstam vajadzētu novest pie daudziem turpmākiem pētījumiem, kurus mēs ar nepacietību gaidām gan mūsu laboratorijās, gan no citām grupām.

Papildus Rojam, kurš tagad ir Makgoverna stipendiāts Plašajā MIT un Hārvardas institūtā un MIT neirozinātņu profesora Guoping Feng laboratorijā, citi pētījuma galvenie autori ir Young-Gyun Park, Minyoung Kim, Ying Zhang un Sachie Ogawa. .

kartēšanas atmiņa

Komanda spēja kartēt engrammas kompleksā iesaistītos reģionus, veicot objektīvu vairāk nekā 247 smadzeņu reģionu analīzi pelēm, kas tika pārvietotas no sava mājas būra uz citu būru, kur tās saņēma nelielu, bet neaizmirstamu elektriskās strāvas trieciena sajūtu. Peļu grupā to neironi ir konstruēti tā, lai tie fluorescētu, kad tie ekspresē gēnu, kas nepieciešams atmiņas kodēšanai. Citā grupā šūnas, kas tika aktivizētas, izmantojot dabisko zap atmiņas izgūšanu (piemēram, kad peles atgriezās zap vietā), tā vietā tika marķētas ar fluorescentu. Šūnas, kas aktivizētas ar atmiņas kodēšanu vai izguves palīdzību, varēja viegli redzēt mikroskopā pēc tam, kad smadzenes tika konservētas un optiski attīrītas, izmantojot tehnoloģiju SHIELD, ko izstrādāja līdzautors Kwanghun Chung, Pikovera institūta asociētais profesors. Medicīnas inženierija un zinātne un Ķīmijas inženierijas katedra. Izmantojot datoru, lai skaitītu fluorescējošās šūnas katrā paraugā, komanda izveidoja smadzeņu mēroga kartes ar reģioniem ar acīmredzami nozīmīgu atmiņas kodējumu vai atmiņas aktivitāti.

Kartēs bija redzami daudzi reģioni, kuriem bija paredzēts piedalīties programmā Memory, taču arī daudzi reģioni, kas nepiedalījās. Lai filtrētu reģionus, kurus varētu būt aktivizējušas darbības, kas nav saistītas ar Zap atmiņu, komanda salīdzināja to, ko viņi redzēja Zap kodētās vai zap atgādināšanas pelēs, ar to, ko viņi redzēja to kontroles grupu smadzenēs, kuras vienkārši bija atstātas savā mājas būrī. Tas ļāva viņiem aprēķināt “engrammas indeksu”, lai sakārtotu 117 smadzeņu reģionus ar ievērojamu iespējamību, ka tie būs iesaistīti atmiņas-engrammas kompleksā. Viņi padziļināja analīzi, izveidojot jaunas peles, kurās neironus, kas iesaistīti gan atmiņas kodēšanā, gan atsaukšanā, varēja divreiz marķēt, atklājot, kurām šūnām šīs darbības pārklājas.

Autori atzīmēja, ka, lai patiesi būtu engrammas šūna, neirons ir jāaktivizē gan kodēšanas, gan izguves laikā.

“Šie eksperimenti ne tikai demonstrēja nozīmīgu engrammas reaktivāciju zināmos hipokampa un amigdalas reģionos, bet arī demonstrēja reaktivāciju daudzās talāma, garozas, vidussmadzeņu un smadzeņu stumbra struktūrās,” raksta autori. “Svarīgi ir tas, ka, salīdzinot smadzeņu reģionus, kas identificēti ar engram indeksa analīzi, ar šiem atkārtoti aktivizētajiem reģioniem, mēs novērojām, ka aptuveni 60 procenti reģionu bija saskaņoti starp analīzēm.”

atmiņas manipulācijas

Pēc reģionu sarindošanas, kas, visticamāk, ir iesaistīti engrammas kompleksā, komanda veica vairākas manipulācijas, lai tieši pārbaudītu savas prognozes un noteiktu, kā engram kompleksie reģioni varētu strādāt kopā.

Piemēram, viņi izstrādāja peles tā, lai šūnas, kas aktivizētas ar atmiņas kodēšanu, arī kļuva kontrolējamas ar gaismas zibšņiem (paņēmienu, ko sauc par “optoģenētiku”). Pēc tam pētnieki izmantoja gaismas uzplaiksnījumus, lai atlasītu smadzeņu reģionus no sava engrammu indeksa saraksta, lai noskaidrotu, vai šo reģionu stimulēšana mākslīgi atveidos sasalšanas baiļu atmiņas uzvedību, pat ja peles tika ievietotas “neitrālā” būrī, kur atradās Zap. t bija noticis.

“Pārsteidzoši, ka visi šie smadzeņu reģioni optoģenētiski stimulējot izraisīja spēcīgu atmiņu,” novēroja pētnieki. Turklāt stimulējošie reģioni, kas pēc viņu analīzes liecina, ka atmiņai ir nenozīmīgi, faktiski neradīja sasalšanas uzvedību.

Pēc tam komanda parādīja, kā dažādi engrammas kompleksa reģioni ir savstarpēji saistīti. Viņi izvēlējās divus labi zināmus atmiņas reģionus, hipokampu CA1 un bazolaterālo amigdalu (BLA), kā arī optoģenētiski aktivizētās engrammas šūnas, lai izraisītu atmiņas izguves uzvedību neitrālā būrī. Viņi atklāja, ka šo reģionu stimulēšana izraisīja atmiņas aktivitāti noteiktos “lejupstraumes” apgabalos, kas tika identificēti kā iespējamie engramu kompleksa dalībnieki. Tikmēr dabiskās Zap atmiņas izgūšanas optoģenētiskā kavēšana CA1 vai BLA (t.i., kad peles tika ievietotas atpakaļ būrī, kur tās piedzīvoja Zap) izraisīja aktivitātes samazināšanos pakārtotajos engramu kompleksos reģionos, salīdzinot ar to, ko tās konstatēja pelēm, mērot ar netraucētu dabisko. izguve.

Turpmākie eksperimenti parādīja, ka engramu kompleksu neironu optoģenētiskā reaktivācija sekoja līdzīgiem modeļiem, kas novēroti dabiskās atmiņas izgūšanā. Pēc tam, kad tika konstatēts, ka dabisko atmiņu kodēšana un izguve, šķiet, notiek lielā engrammu kompleksā, komanda nolēma pārbaudīt, vai vairāku reģionu atkārtota aktivizēšana uzlabos atmiņas izgūšanu, salīdzinot ar tikai viena reģiona atkārtotu aktivizēšanu. Visbeidzot, iepriekšējie eksperimenti ir parādījuši, ka tikai viena engrammas domēna aktivizēšana nerada tik spilgtu atmiņu kā dabiskā atmiņa. Šoreiz komanda izmantoja ķīmisku līdzekli, lai stimulētu dažādus engramu kompleksa reģionus, un, kad viņi to izdarīja, viņi atklāja, ka līdz pat trīs iesaistīto reģionu stimulēšana faktiski izraisīja spēcīgāku sasalšanas uzvedību nekā tikai viena vai divu reģionu stimulēšana.

Izkliedētās krātuves nozīme

Rojs sacīja, ka, saglabājot vienu atmiņu tik plaši izplatītā kompleksā, smadzenes varētu padarīt atmiņu efektīvāku un elastīgāku.

“Dažādas atmiņas engrammas var ļaut mums efektīvāk atjaunot atmiņas, mēģinot atsaukt atmiņā agrāku notikumu (un līdzīgi sākotnējai kodēšanai, kur dažādas engrammas var sniegt atšķirīgu informāciju no sākotnējās pieredzes)”, viņš teica. “Otrkārt, slimības stāvokļos, kad tiek ietekmēti daži reģioni, izplatītās atmiņas ļautu mums atsaukt atmiņā pagātnes notikumus un dažos veidos būt izturīgākiem pret reģionālajiem bojājumiem.”

Ilgtermiņā šī otrā ideja varētu ieteikt klīnisku stratēģiju, kā risināt atmiņas traucējumus: “Ja daži atmiņas traucējumi ir saistīti ar hipokampu vai garozas disfunkciju, vai mēs varētu mērķēt uz nepietiekami izpētītām engrammu šūnām citos reģionos un vai šādas manipulācijas varētu atjaunot atmiņu. funkcija?” ”

Tas ir tikai viens no daudzajiem jaunajiem jautājumiem, ko pētnieki tagad var uzdot pēc tam, kad pētījums atklāja sarakstu ar to, kur zīdītāju smadzenēs meklēt vismaz viena veida atmiņu.

Laikraksta citi autori ir Nikolass DiNapoli, Sjini Gu, Dže Čo, Hejins Čo, Lī Kamentskis, Džareds Mārtins, Olīvija Mosto un Tomomi Aida.

Finansējuma avoti ir bijuši JPB fonds, RIKEN smadzeņu zinātnes centrs, Hovarda Hjūza Medicīnas institūts, Vorena Alperta izcilā zinātnieka balva, Nacionālie veselības institūti, Burroughs Wellcome fonds, Searle Scholars programma, Packard balva zinātnē un Inženierzinātnes, NARSAD Jaunā pētnieka balva, Makknaita fonda tehnoloģiju balva, NCSOFT kultūras fonds un Pamatzinātņu institūts.