太多的神经元破坏内存

Too Many Neurons Spoil the Memory

新的研究表明由记忆编码的神经网络中出现的细胞机制


技术Guardian.co.uk这篇文章题为 “太多的神经元破坏内存” 写由莫Costandi, 对于theguardian.com周五2月12日上 2016 15.15 世界标准时间

告诉我在哪里居住的想法, 遗忘直到你叫他们出来? 告诉我在哪里住的旧的乐趣, 并在古老的爱, 而当他们将再次续约, 与遗忘过去的夜晚, 我可能穿越时间和空间的远遥, 并带来安抚变成现在的悲伤和痛苦的一晚? 凡里去, Ø思想? 什么远程土地是你的飞行? 如果你returnest病痛的当下, 难道你带来的舒适上你翅膀, 和降露蜂蜜和香油, 或从沙漠荒野毒药, 从envier眼中?

在他的史诗, 阿尔比恩的女儿的愿景, 威廉·布莱克想知道关于记忆的性质, 其精神上运输我们遥远的时间和地点的能力, 而强烈的情绪, 正反两方面的, 我们的回忆能唤起. 这首诗包含今天保持高度相关的问题, 如发生了什么我们久违的回忆, 和我们如何获取它们?

两个多世纪后, 的存储器存储和检索机制是在脑科学研究最深入的现象. 人们普遍认为,记忆的形成涉及加强神经细胞的稀疏分布的网络之间的连接在大脑结构称为海马, 而后续检索涉及相同的神经元合奏激活. 然而,, 神经学科学家仍然努力肯定回答布雷克的问题.

现在, 日内瓦大学的一个研究小组已经在我们的基本记忆形成的神经机制的理解做了另一个重要的进步. 使用称为光遗传学一个国家的最先进的方法, 它们表明记忆编码神经合奏如何出现, 揭示含合奏太多的神经元 - 或太少 - 损害记忆检索.

光遗传学 是涉及引入藻类蛋白质称为channelrhodopsins一个极其强大的技术 (CHRS) 为神经元. 这使得该细胞对光敏感, 使得它们的特定基团可以打开或关闭, 激光的使用脉冲递送到经光纤大脑, 在毫秒的时间尺度.

最近几年, 研究人员利用光遗传学标记海马神经元,在小鼠大脑记忆的形成变得活跃, 及操纵各种方式标记的合奏. 如此, 他们可以重新激活同一歌舞团来 诱发记忆再现; 打开或关闭恐惧记忆; 转换的负面记忆为积极因素, 或相反亦然; 乃至 完全植入虚假记忆到小鼠的大脑.

这项新的研究, 巴勃罗·门德斯和已故的多米尼克·穆勒领导, 谁惨遭 死于事故滑翔 在去年四月, 建立在这一早期工作. 他们创造了颗粒细胞表达CHR遗传工程小鼠对大脑的一侧, 在 齿状区域 海马. 粒细胞在海马的这个区域的原理的神经元, 这被认为是对海马功能,例如记忆和空间导航临界. 他们把动物进入笼子里的大, 使他们中的一些探索新的环境. 与此同时, 它们optogenetically激活随机颗粒细胞中的一些小鼠的, 但不是别人.

海马颗粒细胞中表达Channelrhodopsin (在红).
海马颗粒细胞中表达Channelrhodopsin (在红). 图片: 巴勃罗·门德斯

当他们解剖和研究动物的大脑 45 分钟后, 研究人员发现,空间探索活动诱发海马神经元的歌舞团, 由水平确定 cFos的, 所谓“立早”时,神经元开始火被迅速接通基因. 重要的, 允许探索笼子的小鼠具有较高的数 cFos的-表达粒细胞比留在他们的家笼中的实验的持续时间, 和那些勘探期间收到的光遗传学刺激过的显著较高的数字 cFos的阳性神经元比那些没有.

这表明,空间探索齿状颗粒细胞的合奏唤起活动, 而随机改变这些网络与光遗传学刺激的活动增加了歌舞团的大小, 或在其中的细胞数.

但操纵歌舞团的大小对性能有任何影响? 为了找出, 门德斯和他的同事放在表达CHR小鼠海马他们进入另一个笼子, 并给他们一些轻微的电击. 这种治疗的重复, 老鼠很快就学会敬畏笼, 当返回到它迅速冻结了, 即使他们没有给出较为震荡.

这次, 研究者optogenetically刺激随机颗粒细胞中的一些小鼠的, 但不是别人, 培训期间, 为了提高编码该可怕存储器中的神经元合奏的大小. 当比别人谁没有收到刺激恢复到同一个笼子里,这些小鼠表现出较少的冻结行为. 但刺激也造成人工恐惧记忆, 使得该动物在其他情况下冻结了, 太.

随机颗粒细胞的抑制有同样的效果, 这表明,仅仅改变了合奏神经元数量与动物的召回恐惧记忆能力干扰. 这些发现与那些先前的研究一致, 这也表明,抑制或刺激颗粒细胞活性 损害情境学习.

要理解这可能是为什么, 研究人员进行的另一系列的实验, 用微电极记录神经元的活动在海马组织切片. 这些实验表明,颗粒细胞的光遗传学刺激产生在相邻的interneurons一个强有力的反应, 其释放抑制性神经递质γ-氨基丁酸.

从而, 颗粒细胞的放电导致抑制性, 这挫伤相邻的颗粒细胞,并阻止他们进入合奏. 如此, 的interneurons出现通过调节参与编码存储器颗粒细胞的数目和分布,以稳定新形成的记忆. 激活或沉默无规颗粒细胞搅得这个过程并改变粒细胞的数量, 这可能使新的记忆不稳定.

“在这个研究中, 我们所使用的内存的简单形式, 一个空间范围的记忆, 但面临的挑战是学习更复杂的经验是如何记忆, 和脑与多重经验的存储如何应对,“门德斯说:. “了解这些问题可以帮助我们理解大脑的存储容量的限制。”

参考

Stefanelli, T., 等. (2016). 海马生长抑素的interneurons控制神经元内存套装的大小. 神经元, 89: 1-12. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.01.024 [抽象]

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