Занадто багато Нейрони Зіпсувати пам'яті

Too Many Neurons Spoil the Memory

Нове дослідження показує, клітинні механізми, за допомогою яких пам'яті кодують нейронних мереж виникають


Працює на Guardian.co.ukЦя стаття під назвою “Занадто багато нейронів псують пам'ять” була написана Mo Costandi, для theguardian.com в п'ятницю 12-го лютого 2016 15.15 УНІВЕРСАЛЬНЕ ГЛОБАЛЬНЕ ЧАС

Скажи мені, де мешкають думки, забули, поки ти не називати їх вперед? Скажи мені, де мешкають радості старого, і де стародавні любови, І коли вони відновлять знову, і ніч забуття минулого, Те, що я міг би пройти через часи і простори далеко віддалений, і принести втішає в цій печалі і ночі болю? де грядеши, O думка? В який віддалений земля політ твій? Якщо ти returnest на цей момент скорботи, Чи не хочеш ти принести комфорт на крилах твоїх, і роса і мед і бальзам, Або отруту з пустелі нетрі, від очей заздрісника?

У своєму епосі, Бачення Дочки Альбіону, Вільям Блейк задається питанням про природу пам'яті, його здатність подумки переносять нас у далекі часи і місця, і сильні емоції, як позитивні, так і негативні, що наші спогади можуть викликати. Вірш містить питання, які залишаються вельми доречні сьогодні, таких, як те, що відбувається з нашими давно втрачених спогадів, і як ми витягти їх?

Більше двох століть тому, механізми пам'яті для зберігання і пошуку найбільш інтенсивно вивчаються явища в науках мозку. Це широко поширена думка, що формування пам'яті передбачає зміцнення зв'язків між бідно розподілених мереж нейронів в структурі мозку називається гіпокамп, і що подальше вилучення включає в себе реактивацію тих же нейронних ансамблів. і все ж, неврологи і раніше боротися, щоб відповісти на питання Блейка виразно.

Зараз, команда дослідників з Університету Женеви зробили ще один важливий крок вперед в нашому розумінні нейронних механізмів, що лежать в основі формування пам'яті. Використовуючи метод впроваджений під назвою оптогенетики, вони показують, як нейронні ансамблі, які кодують спогади з'являються, Показово, що ансамблі, що містять занадто багато нейронів - або занадто мало - погіршують витяг пам'яті.

оптогенетики є надзвичайно потужна техніка, яка включає в себе введення водоростеві білки, звані channelrhodopsins (ХР) в нейрони. Це робить клітини чутливими до світла, таким чином, що зазначені групи з них можуть бути включені або виключені, використанні імпульсів лазерного світла, віддана в мозок через оптичні волокна, on a timescale of milliseconds.

In recent years, researchers have used optogenetics to label hippocampal neurons that become active during memory formation in the mouse brain, and to manipulate the labelled ensembles in various ways. In this way, they can reactivate the same ensembles to induce memory retrieval; switch fearful memories on or off; convert negative memories into positive ones, or vice versa; and even implant entirely false memories into the brains of mice.

The new research, led by Pablo Mendez and the late Dominique Muller, who tragically died in a gliding accident in April of last year, builds on this earlier work. They created genetically engineered mice expressing ChR in granule cells on one side of the brain, в dentate region of the hippocampus. Granule cells are the principle neurons in this region of the hippocampus, which are thought to be critical for hippocampal functions such as memory and spatial navigation. They placed the animals into large cages, allowing some of them to explore their new environment. Тим часом, they optogenetically activated random granule cells in some of the mice, but not others.

Hippocampal granule cells expressing Channelrhodopsin (in red).
Hippocampal granule cells expressing Channelrhodopsin (in red). зображення: Pablo Mendez

When they dissected and examined the animals’ brains 45 minutes later, the researchers found spatial exploration evoked activity in ensembles of hippocampal neurons, as determined by levels of cFos, a so-called ‘immediate early’ gene that is switched on quickly when neurons start to fire. важливо, mice allowed to explore their cages had higher numbers of 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, but not others, 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, теж.

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.

таким чином, the firing of granule cells leads inhibitory interneurons, which dampen adjacent granule cells and prevent them from entering the ensemble. In this way, 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. нейрон, 89: 1-12. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.01.024 [Abstract]

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