BU nevroforskere håper å avdekke nye måter å behandle hukommelsesforstyrrelser på

BU nevroforskere håper å avdekke nye måter å behandle hukommelsesforstyrrelser på

Du vet det kanskje ikke, men hver gang du husker et minne - som første gang du syklet eller gikk på skoleballet - endrer hjernen din minnet litt. Det er nesten som å legge til et Instagram-filter, hvor hver tilbakeringing fyller ut detaljer og oppdaterer eller mister informasjon.

"Vi bruker utilsiktet filtre på våre tidligere erfaringer," sier Steve Ramirez (CAS'10), en nevroforsker ved Boston University. Selv om et filtrert minne skiller seg fra originalen, kan du for det meste fortelle hva det grunnleggende bildet er, sier han.

"Minne er mindre et videoopptak av fortiden enn det er rekonstruktivt," sier Ramirez, assisterende professor i psykologi og hjernevitenskap ved BU College of Arts & Sciences. Minnets formbare natur er både en velsignelse og en forbannelse: det er ille når vi husker feil detaljer, men det er bra at hjernen vår har den naturlige evnen til å forme og oppdatere minner for å gjøre dem mindre virkningsfulle, spesielt hvis det er noe skummelt eller traumatisk.

Så hva om det var mulig å bruke minnenes formbare natur til vår fordel for å helbrede psykiske lidelser som depresjon og posttraumatisk stresslidelse (PTSD)? Det er akkurat det Ramirez og forskerteamet hans jobber med. Og etter år med studier av hukommelse hos mus, har de funnet ut ikke bare hvor hjernen lagrer positive og negative minner, men også hvordan de kan dempe negative minner ved å kunstig stimulere andre, lykkeligere.

Vår million dollar idé er, hva om en løsning på noen av disse psykiske lidelsene allerede eksisterer i hjernen? Og hva om minnet er en måte å komme dit på?»

Steve Ramirez, assisterende professor i psykologi og nevrovitenskap, BU College of Arts & Sciences

I to nye artikler demonstrerer han og teamet kraften i våre emosjonelle minner og hvordan opplevelsene våre – og måten vi behandler dem på – setter faktiske fysiske spor på hjernen.

Kartlegging av positive og negative minner

Et av de viktigste trinnene for å bruke hukommelse til å behandle hukommelsesforstyrrelser er å forstå hvor positive og negative minner finnes i hjernen og hvordan man kan skille mellom de to. Minner er lagret i alle forskjellige områder av hjernen, og de individuelle minnene i seg selv eksisterer som nettverk av celler kalt engrams. Ramirez' laboratorium er spesielt interessert i minnenettverkene i hjernens hippocampus, en cashew-formet struktur som lagrer sensorisk og emosjonell informasjon som er viktig for å danne og hente minner.

I en ny artikkel publisert i Nature Communications Biology kartlegger Ramirez, hovedforfatter Monika Shpokayte (MED'26), og et team av BU-nevroforskere de viktigste molekylære og genetiske forskjellene mellom positive og negative minner og finner ut at de to faktisk er slående forskjellige på flere nivåer. Det viser seg at emosjonelle minner, som et positivt eller negativt minne, er fysisk forskjellige fra andre typer hjerneceller - og forskjellige fra hverandre.

"Dette er ganske vilt fordi det antyder at disse positive og negative minnene har sin egen separate eiendom i hjernen," sier Ramirez, som også er medlem av BUs Center for Systems Neuroscience.

Studieforfatterne fant at positive og negative minneceller skiller seg fra hverandre på nesten alle måter – de lagres primært i ulike regioner av hippocampus, de kommuniserer med andre celler via ulike typer veier, og det molekylære maskineriet i begge celletyper ser ut til å være forskjellig.

"Så, det er [potensielt] et molekylært grunnlag for skillet mellom positive og negative minner i hjernen," sier Ramirez. "Vi har nå en rekke markører som vi vet skiller positive fra negative i hippocampus."

Å se og navngi positive og negative minner er bare mulig ved hjelp av et avansert nevrovitenskapelig verktøy kalt optogenetics. Dette er en måte å få hjernecellereseptorer til å reagere på lys; Forskere stråler et ufarlig laserlys inn i hjernen for å slå på celler som har fått en reseptor som reagerer på lys. De kan også fargekode positive og negative minner ved å introdusere et fluorescerende protein som eksiteres av lys, slik at for eksempel positive minnecellenettverk lyser grønt og negative cellenettverk lyser rødt eller blått.

Omkobling av dårlige minner

Genetikk og genomikk eBok

Sammenstilling av de beste intervjuene, artikler og nyheter fra det siste året. Last ned en kopi i dag

Før forskere markerer et minne i en mus, må de først etablere minnet. For å gjøre dette utsetter de gnagerne for en universelt god eller ubehagelig opplevelse – en positiv opplevelse kan være å knaske en deilig ost eller sosialisere med andre mus; En negativ opplevelse kan være et mildt, men overraskende elektrisk støt mot føttene. Når et nytt minne er dannet, kan forskere finne nettverket av celler som holder på den opplevelsen og få dem til å lyse en bestemt farge.

Når de kan se minnet, kan forskerne kunstig aktivere disse minnecellene med laserlys - og, som teamet til Ramirez også oppdaget, omskrive de negative minnene. I en artikkel publisert i Nature Communications fant de at kunstig aktivering av en positiv opplevelse permanent omskriver en negativ opplevelse og demper den emosjonelle intensiteten til det dårlige minnet.

Forskerne fikk musene til å huske en negativ opplevelse, og under gjenfinning av fryktminne reaktiverte de en gruppe positive minneceller på nytt. Konkurrerende positivt minne oppdaterte fryktminnet og reduserte fryktresponsen på tidspunktet og lenge etter at minnet ble aktivert, ifølge avisen. Studien bygger på tidligere arbeid fra Ramirez sitt laboratorium, som fant at det er mulig å kunstig manipulere tidligere minner.

Aktivering av et positivt minne var den mest effektive måten å oppdatere et negativt minne på, men teamet fant også ut at det ikke er den eneste måten. I stedet for bare å målrette positive minneceller, prøvde de også å aktivere et nøytralt minne - en vanlig, kjedelig opplevelse for et dyr - og så prøvde de å aktivere hele hippocampus og fant ut at begge var effektive.

"Hvis du stimulerer mange celler som ikke nødvendigvis er assosiert med noen form for hukommelse, kan det forårsake nok interferens til å forstyrre fryktminnet," sier Stephanie Grella, hovedforfatter og tidligere postdoktor i Ramirez Lab, som nylig grunnla Memory & Neuromodulatory Mechanisms Lab ved Loyola University.

Selv om det ikke er mulig å kunstig aktivere minner hos mennesker, kan resultatene likevel overføres til kliniske omgivelser, sier Grella. "Fordi du kan spørre personen: 'Kan du huske noe negativt, kan du huske noe positivt?'" sier hun -; Spørsmål du ikke kan stille en mus.

Hun foreslår at det kan være mulig å overstyre effekten av et negativt minne som har påvirket en persons mentale tilstand ved å minne en person om det dårlige minnet og riktig timing av et levende minne om et positivt minne i en terapeutisk setting.

"Vi vet at minner er formbare," sier Grella. "En av tingene vi fant i denne artikkelen var at tidspunktet for stimulering var veldig kritisk."

Jakten på game changers

For andre mer intensive typer behandling for alvorlig depresjon og PTSD, foreslår Grella at det etter hvert kan være mulig å stimulere store deler av hippocampus ved hjelp av verktøy som transkraniell magnetisk stimulering eller dyp hjernestimulering - en invasiv prosedyre - for å hjelpe folk med å overvinne hukommelsesrelaterte lidelser. Ramirez påpeker at flere nevrovitenskapsmenn har begynt å omfavne eksperimentelle behandlinger ved bruk av psykedelika og ulovlige stoffer. For eksempel fant en studie fra 2021 at kontrollerte doser av MDMA bidro til å lindre noen alvorlige PTSD-symptomer.

"Temaet her er å bruke noen aspekter av belønning og positivitet for å omskrive de negative komponentene i fortiden vår," sier Ramirez. "Det er analogt med det vi gjør hos gnagere, bortsett fra hos mennesker - vi aktiverte kunstig positive minner hos gnagere, og det de gjorde var å gi dem små doser MDMA for å se om det kan være nok til å omskrive noen av de traumatiske komponentene i den opplevelsen." Denne typen eksperimenter peker på viktigheten av ytterligere forskning på de kliniske og nyttige metodene for minnemanipulering, men det er viktig å merke seg at disse eksperimentene ble utført under streng medisinsk tilsyn og ikke bør forsøkes hjemme.

For nå er Ramirez spent på å se hvordan dette arbeidet ytterligere kan flytte grensene for nevrovitenskap og håper å se forskere eksperimentere med enda flere ut-av-boksen ideer som kan transformere medisin i fremtiden: "Vi vil ha game changers, ikke sant? Vi vil ha ting som er mye mer effektive enn de for øyeblikket tilgjengelige behandlingene.

Kilde:

Boston University

Referanse:

Shpokayte, M., et al. (2022) Hippocampusceller skiller positive og negative engrammer. Kommunikasjonsbiologi. doi.org/10.1038/s42003-022-03906-8.

.