Förstå känslorna bakom minnen

Förstå känslorna bakom minnen

TankeledareProfessor Kay TyeWylie Vale stolSalk Institutet för biologiska studier

I den här intervjun pratar vi med professor Kay Tye och Hao Li om deras senaste forskning om minnen och hur vi kan börja förstå känslorna bakom dem.

Kan du presentera dig själv och berätta vad som inspirerade din karriär inom neurobiologi?

Jag heter Kay Tye och är mamma till två barn, 6 och 9 år. När jag gick i gymnasiet var jag ganska säker på att jag skulle bli författare en dag, och jag hade ett stort intresse för engelsk litteratur, vilket var ett "opraktiskt val" i ett hushåll med två föräldrar som var vetenskapsmän. Jag reflekterar över mitt enorma privilegium att vara uppfostrad av en biolog och en strängteoretiker, som båda alltid verkade älska sitt arbete; men då var jag en rebellisk tonåring och ville ta engelska som huvudämne. En av de saker jag älskade mest med litteraturen var hur berättelserna utvecklas och hur karaktärerna utvecklas och avslöjar sig för oss. Den bästa litteraturen, enligt mig, kännetecknades av förmågan att fånga någon annans subjektiva upplevelse och befästa den i minnet.

Jag var nyfiken på hur vi alla kan vara så olika i våra reaktioner och upplevda upplevelser, men alla har vissa aspekter som i grunden är lika. Jag blev intresserad av psykologi och sökandet efter svar på hur de mest obeskrivliga erfarenheterna inom biologin faktiskt implementeras blev en dröm.

De neurovetenskapliga kurserna som jag tidigt exponerades för fokuserade i första hand på sensoriska och motoriska system snarare än de neurala mekanismerna för tankar och känslor. Minnet var verkligen något som väckte mitt intresse. Jag har många stunder när jag "visste" att jag (kanske) skulle bli neurovetare, men en som är värd att nämna för förmånen av upplevelsen som jag knappast kunde uppskatta som en nybörjare som ännu inte hade avslutat sin introduktionskurs i psykologi: Jag träffade Henry Molaison, mer känd som fallstudiepatient HM - mannen som hade ett bilateralt temporalt kroppshål som lämnade honom utan en bilateral temporal lobek och en ny hippocampus.

Gamla minnen var trygga och kristallklara, men nya minnen (att träffa en ny person, komma ihåg om man åt lunch, titta i spegeln och bli chockad över att se en gammal mans ansikte istället för reflektionen av en yngre man som man kände för decennier sedan efter hans temporal lobektomi).

Våra minnen, känslor, tankar och relationer med andra är de processer som har fascinerat mig så länge jag kan minnas, och jag är lika nyfiken som någonsin på att förstå dem.

Bildkredit: Net Vector/Shutterstock.com

Varje upplevelse en individ har är förknippad med en känsla; detta kallas "valenskartläggning". Kan du berätta mer om hur detta fungerar?

Nästan alla våra beteenden är motiverade av två känslomässiga valenser: strävan efter belöning och undvikande av straff. När vi upplever världen omkring oss bombarderas vi ständigt av sensoriska stimuli, varav de flesta är oviktiga. Vi måste snabbt filtrera bort den viktigaste informationen för att fatta ett beslut.

För att göra detta skulle vår hjärna tilldela miljöstimulansen antingen ett positivt eller negativt värde genom inlärning, vilket gör att vi kan använda stimulansen som en signal för att associera en positiv eller negativ upplevelse och förutsäga framtida resultat. Vi kallar denna process för valenstilldelning.

Du har redan gjort forskning om valenskartläggning hos möss. Hur bidrog den här studien till att ge en grund för din senaste forskning?

Vi har tidigare funnit att distinkta amygdala-neuroner kodar för belöning och straff efter associativ inlärning. Men hur är yttre stimuli relaterade till belöningar eller straff?

I den aktuella studien undersökte vi specifikt hur amygdala-neuroner formas för att koda belöning eller straff och hur dessa neuroner kan binda information om de prediktiva stimuli och utfall med många sekunders mellanrum. Vi har tidigare jämfört transkriptomiska uttrycksprofiler mellan dessa olika projektionsdefinierade amygdala-neuroner och funnit att neurotensinreceptorgenen är berikad i en population jämfört med den andra. Detta fick oss att anta att neurotensin kan vara en främsta kandidat för att lösa problemet med valenstilldelning.

I din senaste forskning undersökte du känslorna förknippade med minnen. Kan du berätta mer om hur du genomförde din studie?

För att undersöka valenskartläggning, eller hur möss kan associera känslor med minnen, tränade vi möss att associera en auditiv ton med sackarosbelöning och en annan auditiv ton med chockstraff.

När möss väl lärt sig sambandet, skulle de närma sig sackarosporten som svar på tonen som förutsäger sackarosleverans och frysa eller köra som svar på tonen som förutsäger chockleverans.

Vad har du upptäckt?

Vi övervakade förändringar i neurotensinkoncentrationen i amygdala under inlärning med hjälp av en ny genetiskt kodad neurotensinsensor och fann att neurotensinkoncentrationen i amygdala ökades genom belöning och minskade genom straff.

Följaktligen, om vi artificiellt manipulerar neurotensinkoncentrationen i amygdala med CRISPR eller optogenetik, kan vi påverka djurs beteende mot belöning eller straff. Mer neurotensin i amygdala –> belöning; mindre neurotensin i amygdala –> straff

Fotokredit: Andrii Vodolazhskyi/Shutterstock.com

I din studie använde du CRISPR för att isolera signalsubstansens funktion, första gången den har använts för detta ändamål. Hur viktig har denna genredigeringsteknik varit för din forskning, och hur bidrar fortsatta framsteg inom biovetenskapen till att leda till nya vetenskapliga upptäckter inom andra områden?

CRISPR-experimenten är extremt viktiga i vår studie eftersom detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för oss att selektivt isolera neurotensinsignalering utan att påverka andra signalsubstanser (som glutamat) som också levereras till nedströmsmål tillsammans med neurotensin. På så sätt kan vi vara säkra på att effekterna av denna CRISPR-manipulation är specifika för bidraget från neurotensin, men inte för de andra signalsubstanserna som frigörs samtidigt.

På vissa nivåer begränsas framstegen inom biovetenskaperna av upptäckten av nya verktyg som skulle göra det möjligt för oss att studera biologiska problem med mycket större djup och precision.

Hur skulle din forskning potentiellt kunna hjälpa till att bättre förstå psykiska störningar som ångest och PTSD? Kan detta leda till nya behandlingar?

Humöret kan variera inom ett visst intervall från dag till dag. Men om fluktuationen ligger utanför intervallet anses det vara en patologi. I allmänhet leder för mycket positiv bearbetning (belöning) till beroendeframkallande beteenden som spel eller drogberoende, medan för mycket negativ bearbetning (straff) leder till depression eller ångest.

Vi fann att förändring av neurotensinfrisättning i amygdala kan ge antingen belöning eller straff. Det tillåter oss att modulera neurotensin för att balansera/kompensera för den maladaptiva/överdrivna positiva eller negativa valensbehandlingen i sjukdomstillstånden.

Fotokredit: Motortion Films/Shutterstock.com

Vilka är nästa steg för dig och din forskning?

Huvudförfattaren, Hao Li, öppnar sitt eget forskningslaboratorium vid Northwestern University, där han kommer att fortsätta att forska om olika neuropeptiders roll i hälsa och sjukdom.

Var kan läsarna hitta mer information?

• Tyelab.org
• haolilab.org

Om professor Kay Tye

Kay Tye tog examen från MIT 2003 med huvudämne i hjärn- och kognitionsvetenskap och doktorerade från UCSF med en avhandling fokuserad på hur amygdala upplever plasticitet för att belöna lärande. Hon avslutade sin postdoktorala utbildning hos Karl Deisseroth vid Stanford, och hennes arbete fokuserade på att rikta in sig på specifika projektioner i amygdala för att dubbelriktat kontrollera ångest.

Hon grundade sitt eget labb vid MIT 2012, med fokus på att förstå neurala kretsmekanismer för emotionell valens, där hon fick en position 2018. 2019 flyttade hon sitt labb från MIT till Salk Institute och blev Wylie-ordförandeprofessor i Systems Neurobiology Laboratory. 2021 blev hon utredare vid Howard Hughes Medical Institute.

Om Dr. Hao Li

Hao föddes och växte upp i Peking, Kina, flyttade sedan till USA efter att ha tagit en kandidatexamen från Shandong University. Han avslutade sin Ph.D. i neurovetenskap från Medical University of South Carolina och arbetade i laboratoriet hos Dr. Thomas Jhou. 2019 gick Hao till Dr. Kay Tye på Salk Institute.

Hao är nu tillträdande biträdande professor vid institutionen för psykiatri och beteendevetenskap och institutionen för neurovetenskap vid Northwestern University.

.