Prea multe Neuronii Strica memorie

Too Many Neurons Spoil the Memory

Noua cercetare dezvaluie mecanismele celulare prin care rețelele neuronale codifică memorie emerge


Realizat de Guardian.co.ukAcest articol intitulat “Prea mulți neuroni strica memoria” a fost scris de Mo Costandi, pentru theguardian.com vineri, 12 februarie 2016 15.15 UTC

Spune-mi unde locuiesc gândurile, uitate pînă îi vei chema? Spune-mi unde locuiesc bucuriile vechi, și în cazul în care iubirile antice, Iar atunci când vor reînnoi din nou, și noaptea uitării fi salvat, Că am putea traversa ori și spații de departe la distanță, și să aducă Comfortul într-o tristețe prezentă și o noapte de durere? În cazul în care mergi și tu, O gândire? Ceea ce teren la distanță este zborul tău? Dacă vei returnest la momentul prezent chinuirii, Voiești aduce pe aripile tale plăcute, și și miere și rouă balsam, Sau otrava din sălbăticia deșert, din ochii pizmaș?

În poemul său epic, Vedenii Fiicelor Albion, William Blake se întreabă despre natura memoriei, capacitatea sa de a ne transporta mental la vremuri îndepărtate și locuri, si emotiile puternice, atât pozitive, cât și negative, că amintirile noastre pot evoca. Poemul conține întrebări care rămân extrem de pertinentă astăzi, cum ar fi ceea ce se întâmplă cu amintirile noastre lung-a pierdut, și cum le putem recupera?

Mai mult de două secole mai târziu, mecanismele de stocare de memorie și de recuperare sunt cel mai intens studiate fenomene din stiintele creierului. Se crede că formarea memoriei implică întărirea legăturilor între rețelele distribuite slab de neuroni intr-o structura a creierului numita hipocampus, și că recuperarea ulterioară presupune reactivarea acelorași ansambluri neuronale. Si totusi, Neurologii încă se luptă să răspundă la întrebări Blake cu siguranță.

Acum, o echipa de cercetatori de la Universitatea din Geneva, s-au facut un alt progres important in intelegerea noastra a mecanismelor neuronale care stau la baza formării memoriei. Utilizând o metodă de stat-of-the-art numit optogenetics, ele arată cum emerge ansamblurile neuronale care codifica amintiri, dezvăluind că ansamblurile care conțin prea mulți neuroni - sau prea putine - afecta recuperarea memoriei.

optogenetics este o tehnica extrem de puternic, care implica proteine ​​algale care introduc numite channelrhodopsins (ChRs) in neuroni. Acest lucru face ca celulele sensibile la lumina, astfel încât grupurile specificate de ele pot fi activate sau dezactivate, folosind impulsuri de lumina laser livrate in creier, prin intermediul fibrelor optice, pe un interval de timp de milisecunde.

In ultimii ani, Cercetatorii au folosit optogenetics pentru a eticheta neuronilor din hipocampus care devin active in timpul formarii de memorie in creier mouse-ului, și pentru a manipula ansamblurile marcate în diferite moduri. În acest fel, ei pot reactiva aceleași ansambluri la induce recuperarea memoriei; comuta amintiri fricos on sau off; converti amintiri negative în unele pozitive, sau vice versa; și chiar implant de amintiri false in intregime in creierul șoarecilor.

Noile cercetari, condus de Pablo Mendez și defunctul Dominique Muller, care în mod tragic a murit într-un accident de alunecare în luna aprilie a anului trecut, se bazează pe această lucrare anterioară. Ei au creat soareci inginerie genetica care exprima CHR în celule de granule pe o parte a creierului, în regiunea zimțat din hipocampus. Celulele granula sunt principalele neuronilor din această regiune a hipocampusului, care sunt considerate a fi critice pentru funcții de hipocampus, cum ar fi memoria și navigare spațială. Ei au plasat animalele în cuști mari, permițând unele dintre ele să exploreze noul mediu. Între timp, au activat optogenetically celule de granule aleatoare în unele dintre soareci, dar alții nu.

celule de granule care exprimă hipocampice Channelrhodopsin (in rosu).
celule de granule care exprimă hipocampice Channelrhodopsin (in rosu). Imagine: Pablo Mendez

Când au disecat și au examinat creierul animalelor 45 minute mai târziu, cercetatorii au descoperit activitate evocat de explorare spațială în ansambluri de neuroni hipocampici, determinate de nivelurile cFos, o asa-numita gena "timpuriu imediat", care este cuplat rapid atunci cand neuronii incepe la foc. Foarte important, soareci permis sa exploreze cuștile lor au avut un număr mai mare de cFos-exprimând celule granule decât cele lăsate în cuștile lor pe durata experimentului, și cei care au primit stimularea optogenetic în timpul explorării au avut un număr semnificativ mai mare de cFosneuronii -pozitiv decat cei care nu au.

Acest lucru a arătat că explorarea spațială evocă activitatea în ansambluri de celule de granule crestat, și că modificarea aleatoriu activitatea acestor rețele cu stimularea optogenetic mărește dimensiunea ansamblurilor, sau numărul de celule din interiorul lor.

Dar oare manipularea dimensiunea ansamblurilor au nici un efect asupra comportamentului? A descoperi, Mendez si colegii sai plasate soareci care exprima CHR în hipocampul lor într-o altă cușcă, și le-a dat mai multe șocuri electrice ușoare. Prin repetarea acestui tratament, șoarecii învață repede să se teamă de cușcă, 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, dar alții nu, 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, de asemenea.

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.

Prin urmare, the firing of granule cells leads inhibitory interneurons, which dampen adjacent granule cells and prevent them from entering the ensemble. În acest fel, 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.”

Referinţă

Stefanelli, T., ș.a.. (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