O privire asupra modului în care creierul nostru organizează amintirile în timp

Cercetările privind organizarea memoriei noastre au fost mult timp un subiect de fascinație în rândul neurologilor, dat fiind că acest lucru ar putea duce la tratamente pentru inversarea deficiențelor cognitive. Aici, vom revedea câteva descoperiri recente despre modul în care este organizată memoria, care arată importanța unei „unde” coordonate a activității neuronale în navigația spațială și natura temporală care stă la baza modului în care sunt codate amintirile legate.

În acest scop, rezultatele descrise aici evidențiază rolul crucial și variabil al hipocampului - centrul de memorie al creierului - în formarea și consolidarea amintirilor noastre și, prin extensie, a simțului nostru de identitate.

Conducerea „Orchestrei” neuronale a creierului: hărți spațiale în ochiul minții noastre

Pentru un mouse, cum este actualizată și produsă o hartă a spațiului atunci când navighează în mediul său? Într-un studiu recent, oamenii de știință raportează pentru prima dată că zona hipocampală centrală CA1 din creierul șoarecelui este responsabilă pentru această hartă - și că acest lucru are loc prin intrarea undelor neuronale din regiunile creierului din apropiere. Pentru a demonstra acest lucru, zona hipocampală CA3 situată în apropierea CA1 a fost manipulată astfel încât intrarea sa a fost oprită. Într-adevăr, când intrarea a fost oprită, a existat o confuzie semnificativă a hărților actualizate.

În acest studiu, șoarecii au fost proiectați genetic pentru a exprima o toxină în CA3 care a oprit funcția joncțiunilor sinaptice care leagă CA3 de alte zone ale creierului. Acest lucru nu schimbă activitatea neuronală, ci elimină comunicarea dintre sinapse și le-a permis oamenilor de știință să investigheze ce se întâmplă cu harta spațială din CA1 când a fost eliminată intrarea CA3.

Apoi, curentul electric de la neuroni individuali și curentul electric total de la un grup mai mare de neuroni (numit potențial de câmp local) au fost înregistrate în timp ce șoarecii alergau pe o pistă. Oamenii de știință ar putea apoi să măsoare fiecare ciclu teta sau timpul pe care harta spațială neuronală din hipocampus a fost actualizată, așa cum este determinat de activitatea șoarecilor.

Deși șoarecii transgenici nu au avut nici o dificultate în efectuarea unei sarcini de navigație, iar semnalele neuronale unice ar putea reprezenta cu exactitate informații spațiale, constatarea cheie a fost că au existat erori clare în organizarea acestor semnale neuronale la nivelul populației globale. O simplă analogie pentru a ilustra acest lucru ar fi că eliminarea intrării de la CA3 la CA1 nu a modificat „muzica” neuronală, ci a eliminat „conductorul”.

Acest studiu este primul care a aruncat lumină asupra circuitelor care leagă ansamblurile de celule de loc (un tip de neuron hipocampic implicat în navigația spațială) și modul în care se actualizează. Mai precis, eliminarea intrării CA3 ar împiedica capacitatea de a prezice locația spațială. Acest lucru evidențiază importanța critică a activării neuronilor în ordine pentru a ne asigura că putem organiza amintiri în timp.

Vedem aici că „orchestra” neuronală are nevoie de „dirijor” sub formă de intrare CA3 și că neuronii individuali din hipocampus nu sunt suficienți pentru a genera o hartă funcțională a spațiului. Acest lucru subliniază interdependența strategiilor care determină codificarea neuronilor. În special, a existat o reducere marcată a oscilațiilor neuronale care erau tipice comunicării de la CA3 la CA1. Având în vedere că astfel de perturbări au fost legate anterior de boli neurodegenerative, cum ar fi Alzheimer, lucrările viitoare în organizarea ritmului creierului ar putea îmbunătăți astfel înțelegerea modului în care circuitele creierului sunt organizate în astfel de boli.

Pierderea conexiunilor între amintirile conexe pe măsură ce îmbătrânim - Poate fi inversat?

Într-un alt studiu, un grup de oameni de știință au folosit un mic microscop (supranumit Miniscopul) pentru a vizualiza creierul printr-o fereastră miniaturală și a investiga cum sunt legate amintirile din creier în timp.Deși astfel de conexiuni sunt slăbite progresiv odată cu vârsta, acești oameni de știință au reușit să creeze o modalitate care să permită reconectarea amintirilor separate în creierul mouse-ului de vârstă mijlocie. Important, acest lucru are un potențial vast de dezvoltare într-un tratament pentru pacienții cu demență legată de vârstă.

Miniscopul montat pe cap, utilizat în acest studiu, a permis oamenilor de știință să vizualizeze neuronii care trag în creier, deoarece șoarecilor li s-a permis să se miște liber. Trei cutii unice au fost utilizate pentru acest studiu, iar prima parte a studiului a implicat șoareci tineri. Aici, fiecare mouse a fost plasat în toate cele trei timp de 10 minute pe sesiune. Plasarea în prima și a doua cutie a fost separată de o săptămână, în timp ce cea din a doua și a treia casetă a fost separată doar de cinci ore. În plus, șoarecele a primit un șoc în a treia casetă.

După două zile, fiecare șoarece a fost returnat în toate cele trei cutii. În mod surprinzător, șoarecii au înghețat de teamă la recunoașterea caracteristicilor celei de-a treia cutii. Totuși, ceea ce era interesant a fost că șoarecele a înghețat și când a fost plasat în a doua cutie, în ciuda faptului că nu a existat niciun șoc administrat în această cutie mai devreme. Acest lucru a sugerat că memoria șocului a fost transferată din cea de-a treia cutie în experiența din cea de-a doua cutie care a avut loc cu cinci ore înainte.

Un experiment similar a fost efectuat ulterior cu șoareci de vârstă mijlocie folosind două cutii, la distanță de cinci ore și prin care a fost dat un șoc în a doua cutie. S-a constatat că acești șoareci mai în vârstă au înghețat doar în a doua cutie unde au fost șocați și nu în prima cutie. În acest sens, Miniscope a constatat că cele două amintiri nu erau legate și, în schimb, aveau codificate separat circuite neuronale. Mai frapant, acest lucru a indicat faptul că îmbătrânirea a slăbit capacitatea neuronilor de a fi excitați și de a codifica o memorie.

Poate că cea mai interesantă constatare din acest studiu a fost că aceste conexiuni pierdute ar putea fi de fapt salvate. În următorul set de experimente, oamenii de știință au excitat mai întâi neuronii dintr-o regiune a hipocampului înainte de a plasa șoarecii în prima cutie. Șoarecii au fost apoi introduși în prima și a doua cutie, unde a fost administrat un șoc la picioare după două zile. La reintroducerea în prima cutie, șoarecii au înghețat când au legat șocul din cea de-a doua cutie de prima, ceea ce înseamnă că excitabilitatea neuronală îmbunătățită a salvat deteriorarea legată de vârstă a legăturii de memorie.

Este deosebit de pertinent să menționăm că amintirile nu apar izolat în viața reală, dat fiind că experiențele din trecut afectează modul în care se formează noi amintiri și influențează procesele noastre de luare a deciziilor în viitor. Sperăm că cercetările în acest domeniu ar ajuta într-o bună zi persoanele cu declin cognitiv legat de vârstă în ceea ce privește îmbunătățirea abilităților lor de a se conecta și păstra amintirile.

Referințe

Cai, D. J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W., ... Silva, A. J. (2016). Un ansamblu neuronal partajat leagă amintiri contextuale distincte codificate aproape în timp. Natura, 534(7605), 115-118. doi: 10.1038 / nature17955

Feng, T., Silva, D. și Foster, D. J. (2015). Disocierea între dezvoltarea dependentă de experiență a secvențelor Theta hipocampale și precesiunea fazei cu un singur proces. Journal of Neuroscience, 35(12), 4890–4902. doi: 10.1523 / jneurosci.2614-14.2015

Middleton, S. J. și McHugh, T. J. (2016). Dezactivarea CA3 întrerupe codarea temporală în ansamblul CA1. Neuroștiința naturii. doi: 10.1038 / nn.4311

Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T. și Moser, M.-B. (2014). Celulele grile și reprezentarea corticală. Nature Reviews Neuroscience, 15(7), 466-481. doi: 10.1038 / nrn3766

Acest articol invitat a apărut inițial pe blogul premiat de sănătate și știință și comunitatea tematică a creierului, BrainBlogger: Cum organizează creierul amintirile de-a lungul timpului?