Die Studie zeigt die strukturellen Grundlagen der Gedächtnisbildung im Maushirn

In einer von den National Institutes of Health (NIH) unterstützten Studie zeigten die Forscher die strukturellen Grundlagen der Gedächtnisbildung in einem breiten Netzwerk von Neuronen im Gehirn der Maus. Diese Arbeit beleuchtet die grundlegend flexible Natur der Erstellung von Erinnerungen, wobei lernbezogene Veränderungen auf zellulärer und subzellulärer Ebene mit beispiellose Auflösung beschrieben werden. Das Verständnis dieser Flexibilität kann erklären, warum Gedächtnis- und Lernprozesse manchmal schief gehen.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in Wissenschaftzeigten, dass Neuronen, die einer Gedächtnisspur zugeordnet waren, ihre Verbindungen zu anderen Neuronen durch eine atypische Verbindung, die als multi-synaptischer Bouton bezeichnet wird, neu organisierte. In einem multi-synaptischen Bouton kontaktiert das Axon des Neurons, das das Signal mit Informationsverkäufen weitergibt, mehrere Neuronen, die das Signal empfangen. Nach Angaben der Forscher können multisynaptische Boutons die zelluläre Flexibilität der in früheren Untersuchungen beobachteten Informationscodierung ermöglichen.

Die Forscher fanden auch heraus, dass Neuronen, die an der Gedächtnisbildung beteiligt waren, nicht bevorzugt miteinander verbunden waren. Diese Feststellung stellt die Idee in Frage, dass „Neuronen, die zusammen abfeuern“, wie eine traditionelle Lerntheorie vorhergesagt wird.

Darüber hinaus beobachteten die Forscher, dass Neuronen, die einer Gedächtnisspuren zugeordnet waren, bestimmte intrazelluläre Strukturen neu organisierten, die Energie und die Kommunikation und Plastizität in neuronalen Verbindungen unterstützen. Diese Neuronen hatten auch verstärkte Wechselwirkungen mit Stützzellen, die als Astrozyten bekannt sind.

Unter Verwendung einer Kombination aus fortgeschrittenen genetischen Werkzeugen, 3D -Elektronenmikroskopie und künstlichen Intelligenz rekonstruierten die Forschungswissenschaftler Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D.

Dieses Bild zeigt eine AI-unterstützte nanoskalige 3D-Rekonstruktion von neuronalen Synapsen im Hippocampus des Maus.

Um strukturelle Merkmale im Zusammenhang mit dem Lernen zu untersuchen, setzten die Forscher Mäuse einer Konditionierungsaufgabe aus und untersuchten die Hippocampus -Region des Gehirns etwa 1 Woche später. Sie haben diesen Zeitpunkt ausgewählt, weil es auftritt, nachdem Erinnerungen zum ersten Mal codiert wurden, aber bevor sie für eine langfristige Lagerung neu organisiert werden. Mithilfe fortschrittlicher genetischer Techniken markierten die Forscher dauerhaft Untergruppen von Hippocampus -Neuronen, die während des Lernens aktiviert wurden, was eine zuverlässige Identifizierung ermöglichte. Anschließend verwendeten sie 3D -Algorithmen zur 3D -Elektronenmikroskopie und künstliche Intelligenz, um nanoskalige Rekonstruktionen der am Lernen beteiligten exzitatorischen neuronalen Netze zu erstellen.

Diese Studie bietet einen umfassenden Blick auf die strukturellen Kennzeichen der Gedächtnisbildung in einer Gehirnregion. Es wirft auch neue Fragen zur weiteren Erkundung auf. Zukünftige Studien werden entscheidend sein, um festzustellen, ob ähnliche Mechanismen über verschiedene Zeitpunkte und neuronale Schaltungen hinweg funktionieren. Zusätzlich ist eine weitere Untersuchung der molekularen Zusammensetzung multisynaptischer Boutons erforderlich, um ihre genaue Rolle im Gedächtnis und andere kognitive Prozesse zu bestimmen.

Die Forschung wurde durch die Finanzierung des Nationalen Instituts für psychische Gesundheit, des Nationalen Instituts für neurologische Störungen und Schlaganfälle und NIHs unterstützt Gehirnforschung durch Förderung innovativer Neurotechnologien® Initiative oder The Brain Initiative®.

Quellen: