Zu viele Neurone verderben den Speicher

Too Many Neurons Spoil the Memory

Neue Forschung zeigt, die zellulären Mechanismen, durch die Speicher-kodierenden neuronale Netze entstehen


Angetrieben durch Guardian.co.ukDieser Artikel mit dem Titel “Zu viele Neuronen verderben den Speicher” wurde von Mo Cost geschrieben, für theguardian.com am Freitag, 12. Februar 2016 15.15 Koordinierte Weltzeit

Sag mir, wo die Gedanken wohnen, her vergessen, bis du sie nennen? Sag mir, wo die Freuden des alten wohnen, und wo die alten Liebe, Und wann werden sie wieder erneuern, und die Nacht des Vergessens Vergangenheit, Dass ich vielleicht Zeiten und Räume durchqueren weit entfernt, und bringen Komfort in ein vorhandenes Leid und eine Nacht der Schmerzen? Wo gehst du hin, O Gedanke? Um was Remote-Land ist dein Flug? Wenn du auf den gegenwärtigen Augenblick des Leidens zurückkehrst, Willst du auf deiner Flügel bringen Komfort, und Taus und Honig und Balsam, Oder Gift aus der Wüste Wildnis, von den Augen des envier?

In seinem Epos, Visionen der Töchter von Albion, William Blake wundert sich über die Natur des Gedächtnisses, seine Fähigkeit, uns in ferne Zeiten und Orte zu transportieren geistig, und die starken Emotionen, sowohl positive als auch negative, dass unsere Erinnerungen können evozieren. Das Gedicht enthält Fragen, die heute höchst relevant bleiben, wie, was unsere lange verlorenen Erinnerungen passiert, und wie wir sie abrufen?

Mehr als zwei Jahrhunderte später, die Mechanismen der Gedächtnis Speicherung und den Abruf sind die am intensivsten Phänomene in den Neurowissenschaften studiert. Es wird allgemein angenommen, dass die Gedächtnisbildung, die Stärkung der Verbindungen zwischen den dünn verteilten Netzwerken von Neuronen in einer Hirnstruktur beinhaltet so genannte Hippocampus, und dass einen späteren Abruf beinhaltet Reaktivierung der gleichen neuronalen Ensembles. Und doch, Neurowissenschaftler kämpfen immer noch auf jeden Fall Blake Fragen zu beantworten.

Jetzt, ein Team von Forschern an der Universität Genf haben einen weiteren wichtigen Fortschritt in unserem Verständnis der neuronalen Mechanismen der Gedächtnisbildung gemacht. Mit einer state-of-the-art-Methode namens Optogenetik, sie zeigen, wie die neuronalen Ensembles, die Erinnerungen kodieren entstehen, enthüllt, dass Ensembles zu viele Neuronen enthält - oder zu wenig - das Abrufen von Erinnerungen beeinträchtigen.

Optogenetik ist eine extrem leistungsfähige Technik, die Einführung von Algenproteine ​​genannt Channelrhodopsinen beinhaltet (Chrs) in Neuronen. Dadurch werden die Zellen lichtempfindlich, derart, dass bestimmte Gruppen von ihnen können ein- oder ausgeschaltet werden,, Verwendung von Pulsen von Laserlicht in das Gehirn über optische Fasern zuge, auf einer Zeitskala von Millisekunden.

In den vergangenen Jahren, Forscher haben Optogenetik zu etikettieren hippocampalen Neuronen verwendet, die während der Gedächtnisbildung im Gehirn der Maus aktiviert werden, und die markierten Ensembles in unterschiedlicher Weise zu manipulieren. Auf diese Weise, sie können die gleichen Ensembles reaktivieren induzieren Gedächtnisabruf; Schalter ängstliche Erinnerungen an oder aus; konvertieren negative Erinnerungen in positive, oder umgekehrt; und selbst Implantat ganz falsche Erinnerungen in die Gehirne von Mäusen.

Die neue Forschung, geführt von Pablo Mendez und dem verstorbenen Dominique Muller, die auf tragische Weise starb bei einem Unfall Gleiten im April des vergangenen Jahres, baut auf dieser früheren Arbeiten. Sie erstellt gentechnisch veränderten Mäusen ChR in Körnerzellen auf einer Seite des Gehirns exprimiert, in dem dentatus Region des Hippokampus. Granule Zellen sind die Haupt Neuronen in dieser Region des Hippocampus, die vermutlich für Hippokampus-Funktionen wie Gedächtnis und räumliche Navigation kritisch zu sein. Sie setzten die Tiere in großen Käfigen, einige von ihnen erlaubt, ihre neue Umgebung zu erkunden. Mittlerweile, sie optogenetically Zufallskörnerzellen in einigen der Mäuse aktiviert, aber nicht andere.

Hippokampus-Körnerzellen exprimieren Channelrhodopsin (in Rot).
Hippokampus-Körnerzellen exprimieren Channelrhodopsin (in Rot). Der Bild: Pablo Mendez

Wenn sie seziert und untersuchte die Gehirne der Tiere 45 Minuten später, die Forscher räumliche Erforschung evozierte Aktivität in Ensembles von Neuronen im Hippocampus gefunden, wie durch Ebenen bestimmt cFos, eine so genannte "immediate early" Gen, das auf schnell geschaltet wird, wenn Neuronen feuern beginnen. Wichtig, erlaubt Mäuse ihre Käfige zu erkunden hatten eine höhere Anzahl von cFos-exprimierenden Körnerzellen als des Experiments diejenigen links in ihre Käfige für die Dauer, und diejenigen, die optogenetische Stimulation während der Exploration erhalten hatten signifikant höhere Anzahl von cFos-positiven Neuronen als diejenigen, die dies nicht taten.

Dabei zeigte sich, dass die Raumexplorationsaktivitäten in Ensembles von dentatus Körnerzellen hervorruft, und dass zufällig die Aktivität dieser Netzwerke mit optogenetische Stimulation verändern erhöht die Größe der Ensembles, oder die Anzahl von Zellen in ihnen.

Aber ist die Manipulation der Größe der Ensembles haben keinen Einfluss auf das Verhalten? Herausfinden, Mendez und seine Kollegen platziert Mäuse ChR in ihrem Hippocampus in einen anderen Käfig ausdrücken, und gab ihnen einige milde Elektroschocks. Mit Wiederholung dieser Behandlung, die Mäuse lernen schnell den Käfig zu befürchten, und schnell einfrieren, wenn in sie zurück, selbst wenn sie nicht mehr Schocks.

Diesmal, die Forscher angeregt optogenetically Zufallskörnerzellen in einigen der Mäuse, aber nicht andere, während der Ausbildung, um die Größe des neuronalen Ensembles zu erhöhen, die die furchtbare Erinnerung kodiert. Diese Mäuse weniger Gefrierverhalten zeigen, wenn mit dem gleichen Käfig als andere zurückgeführt, die keine Stimulation erhalten. Aber die Stimulation schuf auch künstliche Angsterinnerungen, so dass die Tiere in anderen Situationen fror, auch.

Inhibition von Zufallskörnerzellen hatte die gleiche Wirkung, was darauf hindeutet, dass die Anzahl der Neuronen im Ensemble nur zu verändern, mit den Tieren die Fähigkeit gestört, die ängstliche Erinnerungen daran zu erinnern,. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit denjenigen einer früheren Studie, die zeigten auch, dass die Hemmung oder Körnerzellaktivität stimulieren beeinträchtigt kontextuellen Lernen.

Um zu verstehen, warum dies sein könnte, die Forscher, die eine andere Reihe von Experimenten, Verwendung von Mikroelektroden, die Aktivität von Neuronen in Scheiben von Hippocampusgewebe aufzunehmen. Diese Experimente zeigten, dass optogenetische Stimulation der Körnerzellen bewirkt eine robuste Reaktion im benachbarten Inter, die die Freisetzung der inhibitorischen Neurotransmitters GABA.

So, das Brennen von Körnerzellen führt inhibitorischen Inter, was dämpfen benachbarte Körnerzellen und verhindern, dass sie vom Betreten des Ensemble. Auf diese Weise, Inter erscheinen durch Regulieren der Anzahl und Verteilung der Körnerzellen involviert in Codierungs Erinnerungen neugebildeten Erinnerungen zu stabilisieren. Die Aktivierung oder Zufallskörnerzellen zum Schweigen zu bringen stört diesen Prozess und verändert die Anzahl der Körnerzellen, was können die neuen Erinnerungen instabil machen.

"In dieser Studie, wir verwendet, um eine einfache Form der Erinnerung, die Erinnerung an einen räumlichen Kontext, aber die Herausforderung ist zu untersuchen, wie komplexere Erfahrungen gespeichert werden, und wie das Gehirn befasst sich mit der Speicherung mehrerer Erfahrungen,", Sagt Mendez. "Um diese Fragen zu verstehen könnte uns helfen, die Grenzen des Gehirns Speicherkapazität zu verstehen."

Referenz

Stefanelli, T., et al. (2016). Hippocampale Somatostatin Inter Kontrolle der Größe von Neuronal Speicher Ensembles. Neuron, 89: 1-12. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.01.024 [Abstrakt]

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