For mange Nerveceller Skjem minne

Too Many Neurons Spoil the Memory

Ny forskning avslører de cellulære mekanismene som minne-koding nevrale nettverk dukker opp


Powered by Guardian.co.ukDenne artikkel med tittelen “For mange nevroner ødelegge minne” ble skrevet av Mo Costandi, for theguardian.com på fredag ​​12 februar 2016 15.15 UTC

Fortell meg hvor bor tanker, glemt inntil du kaller dem ut? Fortell meg hvor bor gleden av gamle, og hvor gamle elsker, Og da vil de fornyer igjen, og natten av glemsel fortid, At jeg kan krysse tider og områder langt fjern, og bringe Comforts inn en gave sorg og en natt av smerte? Hvor går du hen, O tanke? I hvilken fjern land er din flight? Hvis du returnest til øyeblikket lidelsens, Vil du ta komfort på dine vinger, og dugg og honning og balsam, Eller giften fra ørkenen villmarken, fra øynene til envier?

I sitt episke dikt, Visions av døtrene til Albion, William Blake lurer om innholdet av minnet, dens evne til å mentalt transportere oss til fjerne tider og steder, og de sterke følelsene, både positiv og negativ, at våre erindringer kan fremkalle. Diktet inneholder spørsmål som forblir høyst relevant i dag, for eksempel hva som skjer med våre lang mistet minner, og hvordan henter vi dem?

Mer enn to hundre år senere, mekanismene for minne lagring og gjenfinning er de mest intensivt studerte fenomener i hjernen vitenskap. Det er allment antatt at minnet formasjon innebærer styrking av forbindelsene mellom tynt distribuerte nettverk av nevroner i en hjernestruktur som kalles hippocampus, og at påfølgende henting innebærer reaktivering av de samme nevrale ensembler. Og fortsatt, nevrologer fortsatt sliter med å svare Blake spørsmål definitivt.

Nå, et team av forskere ved Universitetet i Genève har gjort en annen viktig fremskritt i vår forståelse av de nevrale mekanismene bak minne formasjon. Ved hjelp av en state-of-the-art metode som kalles optogenetics, de viser hvordan nevrale ensembler som koder minner dukke opp, avsløre at ensembler som inneholder for mange nevroner - eller for få - svekke hukommelsen gjenfinning.

optogenetics er en ekstremt kraftig teknikk som innebærer innføring av alge proteiner som kalles channelrhodopsins (CHRS) i nevroner. Dette gjør at cellene er sensitive for lys, slik at spesifiserte grupper av dem kan slås på eller av, ved hjelp av pulser av laserlys avgis til hjernen via optiske fibre, på en tidsskala av millisekunder.

I de senere år, Forskerne har brukt optogenetics å merke hippocampus nevroner som blir aktive i løpet av minne-formasjonen i musehjerne, og for å manipulere de merkede ensembler på forskjellige måter. På denne måten, de kan aktivere de samme ensembler til indusere minne gjenfinning; slå engstelig minner på eller av; konvertere negative minner til positive, eller vice versa; Til og med implantere helt falske minner inn i hjernen til mus.

Den nye forskningen, ledet av Pablo Mendez og avdøde Dominique Muller, som tragisk døde i en glidende ulykke i april i fjor, bygger på dette tidligere arbeid. De skapte genetisk modifiserte mus som uttrykker CHR, granule celler på en side av hjernen, i dentate region av hippocampus. Granule celler er de viktigste nevroner i denne regionen av hippocampus, som er antatt å være kritisk for hippocampus funksjoner som hukommelse og romlig navigering. De plasserte dyrene i store merder, slik at noen av dem til å utforske sitt nye miljø. i mellomtiden, de optogenetically aktivert tilfeldig granule celler i noen av musene, men ikke andre.

Hippocampus granule celler uttrykker Channelrhodopsin (i rødt).
Hippocampus granule celler uttrykker Channelrhodopsin (i rødt). Bilde: Pablo Mendez

Når de dissekert og undersøkt dyrenes hjerner 45 minutter senere, fant forskerne romlige lete fremkalt aktivitet i ensembler av hippocampus nevroner, som bestemmes av nivåene av cFos, en såkalt "immediate early" gen som er skrudd på raskt når nerveceller begynner å skyte. viktigere, mus lov til å utforske sine bur hadde høyere antall 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, men ikke andre, 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, også.

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.

Thus, the firing of granule cells leads inhibitory interneurons, which dampen adjacent granule cells and prevent them from entering the ensemble. På denne måten, 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.”

Reference

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 News & Media Limited 2010