Pohled na to, jak naše mozky v průběhu času organizují vzpomínky

Výzkum organizace naší paměti je již dlouho předmětem fascinace mezi neurovědy, jelikož by to mohlo vést k léčbě zvrácení kognitivních poruch. Zde přezkoumáme některá nedávná zjištění o organizaci paměti, která ukazují důležitost koordinované „vlny“ neuronové aktivity v prostorové navigaci a časovou povahu, která je základem kódování propojených vzpomínek.

Za tímto účelem zde popsané výsledky zdůrazňují zásadní a proměnlivou roli hipokampu - paměťového centra mozku - při formování a konsolidaci našich vzpomínek a rozšířením našeho pocitu identity.

Vedení neuronálního „orchestru“ mozku: Prostorové mapy v očích naší mysli

Jak se pro myš aktualizuje a vytváří mapa vesmíru, když se pohybuje v prostředí? V nedávné studii vědci poprvé uvádějí, že za tuto mapu je zodpovědná centrální hipokampální oblast CA1 v mozku myši - a že k tomu dochází prostřednictvím vstupu neurálních vln z blízkých oblastí mozku. K prokázání toho byla hipokampální oblast CA3 umístěná poblíž CA1 manipulována tak, že její vstup byl vypnut. Když byl vstup zastaven, aktualizované mapy se značně změnily.

V této studii byly myši geneticky upraveny tak, aby exprimovaly toxin v CA3, který zastavil funkci synaptických spojů spojujících CA3 s jinými oblastmi mozku. To nemění aktivitu neuronů, ale odstraňuje komunikaci mezi synapsemi a umožnilo vědcům zkoumat, co se stane s vesmírnou mapou v CA1, když byl vyloučen vstup CA3.

Dále byl zaznamenán elektrický proud z jednotlivých neuronů a celkový elektrický proud z větší skupiny neuronů (nazývané lokální potenciály pole), zatímco myši běžely po dráze. Vědci by pak byli schopni měřit každý cyklus theta nebo čas, po který byla aktualizována neurální prostorová mapa v hipokampu, jak je stanoveno aktivitou myší.

Přestože transgenní myši neměly při provádění navigační úlohy žádné potíže a jednotlivé signály neuronů mohly přesně reprezentovat prostorové informace, klíčovým zjištěním bylo, že v organizaci těchto neuronových signálů na globální populační úrovni byly zjevné chyby. Jednoduchou analogií pro ilustraci by bylo, že eliminace vstupu z CA3 do CA1 nezměnila neurální „hudbu“, ale odstranila „dirigenta“.

Tato studie je první, která osvětlila obvody spojující soubory místních buněk (typ hipokampálního neuronu zapojeného do prostorové navigace) a jak se aktualizují. Přesněji řečeno, odstranění vstupu CA3 by bránilo schopnosti předpovídat prostorové umístění. To zdůrazňuje kritický význam postupné aktivace neuronů, aby bylo možné organizovat vzpomínky v čase.

Vidíme zde, že neurální „orchestr“ potřebuje „dirigenta“ ve formě vstupu CA3 a že jednotlivé neurony v hipokampu nestačí k vytvoření funkční mapy prostoru. To zdůrazňuje vzájemnou závislost strategií, které určují kódování neuronů. Zejména došlo k výraznému snížení nervových oscilací, které byly typické pro komunikaci z CA3 na CA1. Vzhledem k tomu, že tato narušení byla dříve spojována s neurodegenerativními chorobami, jako je Alzheimerova choroba, mohla by budoucí práce na organizaci mozkového rytmu zlepšit porozumění tomu, jak jsou mozkové obvody organizovány u těchto onemocnění.

Ztráta spojení mezi souvisejícími vzpomínkami, jak stárneme - lze to zvrátit?

V jiné studii skupina vědců použila malý mikroskop (nazvaný Miniscope) k prohlížení mozku miniaturním okénkem a ke zkoumání toho, jak jsou vzpomínky v mozku propojeny v průběhu času.I když se tato spojení s věkem postupně oslabují, tito vědci dokázali vytvořit způsob, který by umožnil opětovné připojení samostatných vzpomínek v myším mozku středního věku. Důležité je, že to má obrovský potenciál pro vývoj léčby pacientů s demencí spojenou s věkem.

Miniskop namontovaný na hlavě použitý v této studii umožnil vědcům vizualizovat neurony střílející do mozku, protože myši se mohly volně pohybovat. Pro tuto studii byly použity tři jedinečné boxy a první část studie zahrnovala mladé myši. Zde byla každá myš umístěna na všechny tři po dobu 10 minut na relaci. Umístění v prvním a druhém boxu bylo odděleno týdnem, zatímco ve druhém a třetím boxu bylo odděleno pouze pěti hodinami. Navíc byla myš ve třetím poli šokována.

Po dvou dnech byla každá myš vrácena do všech tří polí. Není překvapením, že myši ztuhly strachem, když poznaly vlastnosti třetí krabice. Zajímavé však bylo, že myš také ztuhla, když byla umístěna do druhého boxu, a to navzdory skutečnosti, že v tomto boxu dříve nedošlo k žádnému šoku. To naznačuje, že vzpomínka na šok byla přenesena ze třetího pole do zážitku ve druhém poli, který se uskutečnil pět hodin předtím.

Podobný experiment byl následně proveden na myších středního věku s použitím dvou krabic, vzdálených pět hodin, a ve druhé krabici byl proveden šok. Bylo zjištěno, že tyto starší myši ztuhly pouze ve druhé krabici, kde byly šokovány, a ne v první krabici. V tomto ohledu Miniscope zjistil, že tyto dvě paměti nebyly propojeny a místo toho měly samostatně kódované neurální obvody. Překvapivěji to naznačovalo, že stárnutí oslabilo schopnost neuronů vzrušovat se a kódovat paměť.

Snad nejvíce vzrušujícím zjištěním v této studii bylo, že tato ztracená spojení mohla být ve skutečnosti zachráněna. V následující sadě experimentů vědci nejprve vzrušili neurony v oblasti hipokampu před umístěním myší do prvního boxu. Myši byly poté zavedeny do prvního a druhého boxu, kde byl po dvou dnech podán šok nohou. Po opětovném zavedení do prvního boxu myši ztuhly, když spojily šok ve druhém boxu s prvním, což znamenalo, že zvýšená neuronální excitabilita zachránila zhoršení spojování paměti související s věkem.

Je zvláště důležité poznamenat, že vzpomínky se v reálném životě nevyskytují izolovaně, protože minulé zkušenosti ovlivňují, jak se vytvářejí nové vzpomínky, a ovlivňují naše rozhodovací procesy v budoucnosti. Doufejme, že výzkum v této oblasti jednoho dne pomůže lidem s kognitivním poklesem souvisejícím s věkem, pokud jde o zlepšení jejich schopností spojovat a uchovávat vzpomínky.

Reference

Cai, D. J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W.,… Silva, A. J. (2016). Sdílená nervová soustava spojuje odlišné kontextové paměti zakódované blízko času. Příroda, 534(7605), 115–118. doi: 10,1038 / příroda17955

Feng, T., Silva, D. a Foster, D. J. (2015). Disociace mezi vývojem hipokampálních sekvencí Theta závislých na zkušenostech a precesí fáze jednoho pokusu. Journal of Neuroscience, 35(12), 4890–4902. doi: 10.1523 / jneurosci.2614-14.2015

Middleton, S. J. a McHugh, T. J. (2016). Ztlumení CA3 narušuje dočasné kódování v souboru CA1. Přírodní neurovědy. doi: 10,1038 / č. 4311

Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T., & Moser, M.-B. (2014). Buňky mřížky a kortikální reprezentace. Nature Reviews Neuroscience, 15(7), 466–481. doi: 10,1038 / nrn3766

Tento hostující článek se původně objevil na oceněném blogu o zdraví a vědě a v komunitě s mozkovou tematikou BrainBlogger: Jak mozek organizuje vzpomínky napříč časem?