Gormod o niwronau difetha'r Cof

Too Many Neurons Spoil the Memory

Mae ymchwil newydd yn datgelu mecanweithiau cellog a ddefnyddir i rwydweithiau nerfol cof-amgodio dod i'r amlwg


Powered by Guardian.co.ukMae'r erthygl hon yn dwyn y teitl “Mae gormod o niwronau yn difetha'r cof” ei ysgrifennu gan Mo Costandi, am theguardian.com ar ddydd Gwener 12 Chwefror 2016 15.15 UTC

Dywedwch wrthyf ble drigo meddyliau, angof nes ti yn eu galw allan? Dywedwch wrthyf ble trigo y pleser o hen, a lle mae'r gariadon hynafol, A phryd y byddant yn adnewyddu eto, ac mae'r nos yn y gorffennol ebargofiant, Er mwyn imi groesi amseroedd a mannau ymhell bell, a dod Cysuron i mewn galar presennol a noson o boen? Lle wyt ti'n myned, O feddwl? I ba dir anghysbell yw dy hedfan? Os wyt returnest i'r foment bresennol cystudd, A fynni di ddod â cysuron ar dy adenydd, a gwlith a mêl a balm, Neu wenwyn rhag y gwyllt anialwch, oddi wrth y llygaid y envier?

Yn ei gerdd epig, Gweledigaethau y Merched Albion, William Blake rhyfeddodau am natur y cof, ei allu i ni gludo feddyliol i amserau a lleoedd pell, ac emosiynau pwerus, cadarnhaol a negyddol, y gall ein atgofion ennyn. Mae'r gerdd yn cynnwys cwestiynau sy'n parhau i fod yn berthnasol iawn heddiw, megis beth sy'n digwydd i'n atgofion hir-goll, a sut rydym yn eu adalw?

Mae mwy na dwy ganrif yn ddiweddarach, y dulliau o storio cof a adalw yw'r ffenomenau a astudiwyd fwyaf dwys yn y gwyddorau ymennydd. Credir yn gyffredinol bod ffurfiant cof yn cynnwys cryfhau cysylltiadau rhwng rhwydweithiau wasgaredig o niwronau mewn strwythur yr ymennydd a elwir y hippocampus, a bod y adfer dilynol yn golygu ailysgogiad o'r un ensembles nerfol. ac eto, niwrowyddonwyr yn dal i gael trafferth i ateb cwestiynau Blake yn bendant.

Nawr, tîm o ymchwilwyr ym Mhrifysgol Genefa wedi gwneud ymlaen llaw pwysig arall yn ein dealltwriaeth o'r mecanweithiau niwral sy'n sail i ffurfio cof. Gan ddefnyddio dull y wladwriaeth-of-the-celf a elwir optogenetics, maent yn dangos sut y mae'r ensembles nerfol sy'n amgodio atgofion yn dod i'r amlwg, datgelu bod ensembles sy'n cynnwys gormod o niwronau - neu rhy ychydig - amharu adalw cof.

optogenetics yn dechneg hynod bwerus sy'n cynnwys cyflwyno proteinau algaidd a elwir channelrhodopsins (ChRs) mewn niwronau. Mae hyn yn gwneud yr celloedd sy'n sensitif i olau, fel y gall grwpiau penodedig ohonynt yn cael eu troi ymlaen neu i ffwrdd, gan ddefnyddio corbys o olau laser a ddarperir i mewn i'r ymennydd trwy ffibrau optegol, ar amserlen o filfedau eiliad.

Yn y blynyddoedd diwethaf, ymchwilwyr wedi defnyddio optogenetics i labelu niwronau hippocampal sy'n dod yn weithredol yn ystod ffurfiant cof yn yr ymennydd llygoden, ac i drin y ensembles labelu mewn gwahanol ffyrdd. Yn y ffordd hon, gallant ailddechrau'r gwaith un ensembles i cymell adalw cof; newid atgofion ofnus ymlaen neu i ffwrdd; trosi atgofion negyddol yn rhai cadarnhaol, neu i'r gwrthwyneb; a hyd yn oed mewnblaniad atgofion hollol ffug i mewn i'r ymennydd o lygod.

Mae'r ymchwil newydd, a arweinir gan Pablo Mendez a'r diweddar Dominique Muller, sydd drasig Bu farw mewn damwain gleidio ym mis Ebrill y llynedd, adeiladu ar waith cynharach hwn. Maent yn creu llygod enetig mynegi CHR mewn celloedd gronynnau ar un ochr o'r ymennydd, yn y rhanbarth dentate y hippocampus. celloedd gronynnau yn yr egwyddor niwronau yn y rhanbarth yma o'r hippocampus, sydd credir eu bod yn hanfodol ar gyfer swyddogaethau hippocampal megis cof a mordwyo gofodol. Maent yn gosod yr anifeiliaid i mewn i cewyll mawr, ganiatáu i rai ohonynt i archwilio eu hamgylchedd newydd. Yn y cyfamser, maent optogenetically activated celloedd gronynnau ar hap mewn rhai o'r llygod, ond nid rhai eraill.

celloedd gronynnol hippocampal mynegi Channelrhodopsin (mewn coch).
celloedd gronynnol hippocampal mynegi Channelrhodopsin (mewn coch). delwedd: Pablo Mendez

Pan fyddant yn rhanedig ac wedi archwilio'r ymennydd yr anifeiliaid ' 45 munud yn ddiweddarach, canfu'r ymchwilwyr gweithgarwch gofodol ennyn archwilio mewn ensembles o niwronau hippocampal, fel y penderfynir gan lefelau CFOS, hyn a elwir yn genyn 'cynnar uniongyrchol' sy'n cael ei droi ymlaen yn gyflym pan niwronau yn dechrau i dân. Yn bwysig, Roedd llygod caniatáu i archwilio eu cewyll niferoedd uwch o CFOS-expressing granule cells than those left in their home cages for the duration of the experiment, and those that received optogenetic stimulation during the exploration had significantly higher numbers of CFOS–positive neurons than those that did not.

This showed that spatial exploration evokes activity in ensembles of dentate granule cells, and that randomly altering the activity of these networks with optogenetic stimulation increases the size of the ensembles, or the number of cells within them.

But does manipulating the size of the ensembles have any effect on behaviour? To find out, Mendez and his colleagues placed mice expressing ChR in their hippocampi into another cage, and gave them several mild electric shocks. With repetition of this treatment, the mice quickly learn to fear the cage, and quickly freeze up when returned into it, even when they are not given more shocks.

This time, the researchers optogenetically stimulated random granule cells in some of the mice, ond nid rhai eraill, during the training, in order to increase the size of the neuronal ensemble that encodes the fearful memory. These mice exhibited less freezing behaviour when returned to the same cage than others who received no stimulation. But the stimulation also created artificial fear memories, such that the animals froze up in other situations, hefyd.

Inhibition of random granule cells had the same effect, suggesting that merely altering the number of neurons in the ensemble interfered with the animals’ ability to recall the fearful memories. These findings are consistent with those of an earlier study, which also showed that inhibiting or stimulating granule cell activity impairs contextual learning.

To understand why this might be, the researchers performed another series of experiments, using microelectrodes to record the activity of neurons in slices of hippocampal tissue. These experiments showed that optogenetic stimulation of granule cells produces a robust response in neighbouring interneurons, which release the inhibitory neurotransmitter GABA.

Felly, the firing of granule cells leads inhibitory interneurons, which dampen adjacent granule cells and prevent them from entering the ensemble. Yn y ffordd hon, interneurons appear to stabilize newly-formed memories by regulating the number and distribution of granule cells involved in encoding memories. Activating or silencing random granule cells upsets this process and alters the number of granule cells, which may make the new memories unstable.

“In this study, we used a simple form of memory, the memory of a spatial context, but the challenge is studying how more complex experiences are memorized, and how the brain deals with the storage of multiple experiences,” says Mendez. “Understanding these questions could help us to understand the limits of the brain’s storage capacity.”

cyfeirnod

Stefanelli, T., et al. (2016). Hippocampal Somatostatin Interneurons Control the Size of Neuronal Memory Ensembles. neuron, 89: 1-12. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.01.024 [Abstract]

guardian.co.uk © Guardian Newyddion & Media Limited 2010