BU-neurowetenschappers hopen nieuwe manieren te ontdekken om geheugenstoornissen te behandelen

BU-neurowetenschappers hopen nieuwe manieren te ontdekken om geheugenstoornissen te behandelen

Je weet het misschien niet, maar elke keer dat je een herinnering oproept – zoals de eerste keer dat je fietste of naar het schoolbal ging – veranderen je hersenen de herinnering een heel klein beetje. Het is bijna alsof je een Instagram-filter toevoegt, waarbij elke callback details invult en informatie bijwerkt of verliest.

“We passen onbedoeld filters toe op onze ervaringen uit het verleden”, zegt Steve Ramirez (CAS’10), een neurowetenschapper aan de Boston University. Zelfs als een gefilterde herinnering afwijkt van het origineel, kun je voor het grootste deel vertellen wat dat basisbeeld is, zegt hij.

“Het geheugen is niet zozeer een video-opname van het verleden, maar eerder reconstructief”, zegt Ramirez, universitair docent psychologie en hersenwetenschappen aan het BU College of Arts & Sciences. De kneedbare aard van het geheugen is zowel een zegen als een vloek: het is slecht als we ons onjuiste details herinneren, maar het is goed dat onze hersenen het natuurlijke vermogen hebben om herinneringen vorm te geven en bij te werken om ze minder impactvol te maken, vooral als het iets engs of traumatisch is.

Dus wat als het mogelijk zou zijn om de kneedbare aard van onze herinneringen in ons voordeel te gebruiken om psychische stoornissen zoals depressie en posttraumatische stressstoornis (PTSS) te genezen? Dat is precies waar Ramirez en zijn onderzoeksteam aan werken. En na jarenlang het geheugen bij muizen te hebben bestudeerd, zijn ze er niet alleen achter gekomen waar de hersenen positieve en negatieve herinneringen opslaan, maar ook hoe ze negatieve herinneringen tot zwijgen kunnen brengen door andere, gelukkiger herinneringen kunstmatig te stimuleren.

Ons idee van een miljoen dollar is: wat als er al een oplossing voor sommige van deze psychische stoornissen in de hersenen bestaat? En wat als het geheugen een manier is om daar te komen?”

Steve Ramirez, assistent-professor psychologie en neurowetenschappen, BU College of Arts & Sciences

In twee nieuwe artikelen demonstreren hij en zijn team de kracht van onze emotionele herinneringen en hoe onze ervaringen – en de manier waarop we ze verwerken – daadwerkelijke fysieke sporen achterlaten in de hersenen.

Positieve en negatieve herinneringen in kaart brengen

Een van de belangrijkste stappen bij het gebruik van geheugen om geheugenstoornissen te behandelen, is begrijpen waar positieve en negatieve herinneringen in de hersenen voorkomen en hoe je onderscheid kunt maken tussen deze twee. Herinneringen worden opgeslagen in alle verschillende delen van de hersenen, en de individuele herinneringen zelf bestaan ​​als netwerken van cellen die engrammen worden genoemd. Het laboratorium van Ramirez is vooral geïnteresseerd in de geheugennetwerken in de hippocampus van de hersenen, een cashewvormige structuur die sensorische en emotionele informatie opslaat die belangrijk is voor het vormen en ophalen van herinneringen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Nature Communications Biology brengen Ramirez, hoofdauteur Monika Shpokayte (MED'26) en een team van BU-neurowetenschappers de belangrijkste moleculaire en genetische verschillen tussen positieve en negatieve herinneringen in kaart en ontdekken dat de twee feitelijk opvallend verschillend zijn op meerdere niveaus. Het blijkt dat emotionele herinneringen, zoals een positieve of negatieve herinnering, fysiek verschillen van andere typen hersencellen – en van elkaar verschillen.

“Dit is behoorlijk wild, omdat het suggereert dat deze positieve en negatieve herinneringen hun eigen afzonderlijke plek in de hersenen hebben”, zegt Ramirez, die ook lid is van het Center for Systems Neuroscience van de BU.

De auteurs van het onderzoek ontdekten dat positieve en negatieve geheugencellen op bijna alle manieren van elkaar verschillen: ze worden voornamelijk opgeslagen in verschillende delen van de hippocampus, ze communiceren met andere cellen via verschillende soorten routes, en de moleculaire machinerie in beide soorten cellen lijkt verschillend te zijn.

“Er is dus [potentieel] een moleculaire basis voor het onderscheid tussen positieve en negatieve herinneringen in de hersenen”, zegt Ramirez. “We hebben nu een aantal markers waarvan we weten dat ze positief van negatief onderscheiden in de hippocampus.”

Het zien en benoemen van positieve en negatieve herinneringen is alleen mogelijk met behulp van een geavanceerd neurowetenschappelijk hulpmiddel genaamd optogenetica. Dit is een manier om hersencelreceptoren op licht te laten reageren; Onderzoekers stralen een onschadelijk laserlicht in de hersenen om cellen aan te zetten die een receptor hebben gekregen die op licht reageert. Ze kunnen ook positieve en negatieve herinneringen een kleurcode geven door een fluorescerend eiwit te introduceren dat wordt opgewonden door licht, zodat bijvoorbeeld positieve geheugencelnetwerken groen oplichten en negatieve celnetwerken rood of blauw.

Slechte herinneringen opnieuw bedraden

Genetica en genomica eBook

Compilatie van de beste interviews, artikelen en nieuws van het afgelopen jaar. Download vandaag nog een exemplaar

Voordat onderzoekers een herinnering in een muis markeren, moeten ze eerst de herinnering vaststellen. Om dit te doen, stellen ze de knaagdieren bloot aan een universeel goede of onaangename ervaring - een positieve ervaring kan het knabbelen aan een heerlijke kaas zijn of socialiseren met andere muizen; Een negatieve ervaring kan een milde maar verrassende elektrische schok aan de voeten zijn. Zodra een nieuwe herinnering is gevormd, kunnen wetenschappers het netwerk van cellen vinden die die ervaring vasthouden en deze een specifieke kleur laten gloeien.

Zodra ze het geheugen kunnen zien, kunnen onderzoekers deze geheugencellen kunstmatig activeren met laserlicht – en, zoals het team van Ramirez ook ontdekte, de negatieve herinneringen herschrijven. In een artikel gepubliceerd in Nature Communications ontdekten ze dat het kunstmatig activeren van een positieve ervaring een negatieve ervaring permanent herschrijft en de emotionele intensiteit van de slechte herinnering verzwakt.

De onderzoekers lieten de muizen zich een negatieve ervaring herinneren, en tijdens het ophalen van angstgeheugen reactiveerden ze kunstmatig een groep positieve geheugencellen. Concurrerend positief geheugen actualiseerde het angstgeheugen en verminderde de angstreactie op dat moment en lang nadat het geheugen werd geactiveerd, aldus de krant. De studie bouwt voort op eerder werk uit het laboratorium van Ramirez, waaruit bleek dat het mogelijk is om herinneringen uit het verleden kunstmatig te manipuleren.

Het activeren van een positieve herinnering was de meest effectieve manier om een ​​negatieve herinnering bij te werken, maar het team ontdekte ook dat dit niet de enige manier is. In plaats van zich alleen op positieve geheugencellen te richten, probeerden ze ook een neutraal geheugen te activeren – een veel voorkomende, saaie ervaring voor een dier – en vervolgens probeerden ze de hele hippocampus te activeren en ontdekten dat beide effectief waren.

“Als je veel cellen stimuleert die niet noodzakelijkerwijs geassocieerd zijn met enige vorm van geheugen, kan dit voldoende interferentie veroorzaken om het angstgeheugen te verstoren”, zegt Stephanie Grella, hoofdauteur en voormalig postdoctoraal onderzoeker in het Ramirez Lab, die onlangs het Memory & Neuromodulatory Mechanisms Lab aan de Loyola University heeft opgericht.

Hoewel het niet mogelijk is om herinneringen bij mensen kunstmatig te activeren, kunnen de resultaten nog steeds worden overgedragen naar klinische omgevingen, zegt Grella. "Omdat je aan de persoon kunt vragen: 'Kun je je iets negatiefs herinneren, kun je je iets positiefs herinneren?'" zegt ze -; Vragen die je niet aan een muis kunt stellen.

Ze suggereert dat het mogelijk kan zijn om de effecten van een negatieve herinnering die de mentale toestand van een persoon heeft beïnvloed, te onderdrukken door iemand aan de slechte herinnering te herinneren en een levendige herinnering aan een positieve herinnering op de juiste manier te timen in een therapeutische setting.

“We weten dat herinneringen kneedbaar zijn”, zegt Grella. "Een van de dingen die we in dit artikel ontdekten, was dat de timing van de stimulatie echt cruciaal was."

De zoektocht naar gamechangers

Voor andere, intensievere vormen van behandeling voor ernstige depressie en PTSS suggereert Grella dat het uiteindelijk mogelijk kan zijn om grote delen van de hippocampus te stimuleren met behulp van hulpmiddelen als transcraniële magnetische stimulatie of diepe hersenstimulatie – een invasieve procedure – om mensen te helpen geheugengerelateerde stoornissen te overwinnen. Ramirez wijst erop dat steeds meer neurowetenschappers experimentele behandelingen met psychedelica en illegale drugs zijn gaan omarmen. Uit een onderzoek uit 2021 bleek bijvoorbeeld dat gecontroleerde doses MDMA sommige ernstige PTSD-symptomen hielpen verlichten.

“Het thema hier is het gebruik van bepaalde aspecten van beloning en positiviteit om de negatieve componenten van ons verleden te herschrijven”, zegt Ramirez. "Het is analoog aan wat we doen bij knaagdieren, behalve bij mensen: we activeerden kunstmatig positieve herinneringen bij knaagdieren, en wat ze deden was ze kleine doses MDMA geven om te zien of dat misschien genoeg zou zijn om enkele van de traumatische componenten van die ervaring te herschrijven." Dit soort experimenten wijst op het belang van verder onderzoek naar de klinische en nuttige methoden van geheugenmanipulatie, maar het is belangrijk op te merken dat deze experimenten onder strikt medisch toezicht zijn uitgevoerd en niet thuis mogen worden geprobeerd.

Voor nu is Ramirez enthousiast om te zien hoe dit werk de grenzen van de neurowetenschappen verder kan verleggen en hij hoopt dat onderzoekers zullen experimenteren met nog meer out-of-the-box ideeën die de geneeskunde in de toekomst kunnen transformeren: “We willen gamechangers, toch? We willen dingen die veel effectiever zijn dan de momenteel beschikbare behandelingen.

Bron:

Universiteit van Boston

Referentie:

Shpokayte, M., et al. (2022) Hippocampuscellen scheiden positieve en negatieve engrammen. Communicatie biologie. doi.org/10.1038/s42003-022-03906-8.

.