BU neuroforskare hoppas kunna upptäcka nya sätt att behandla minnesstörningar

BU neuroforskare hoppas kunna upptäcka nya sätt att behandla minnesstörningar

Du kanske inte vet det, men varje gång du kommer ihåg ett minne - som första gången du cyklade eller gick på gymnasiet - ändrar din hjärna minnet lite. Det är nästan som att lägga till ett Instagram-filter, där varje återuppringning fyller i detaljer och uppdaterar eller förlorar information.

"Vi tillämpar oavsiktligt filter på våra tidigare erfarenheter", säger Steve Ramirez (CAS'10), neuroforskare vid Boston University. Även om ett filtrerat minne skiljer sig från originalet kan man för det mesta säga vad den grundbilden är, säger han.

"Minne är mindre en videoinspelning av det förflutna än det är rekonstruktivt", säger Ramirez, biträdande professor i psykologi och hjärnvetenskap vid BU College of Arts & Sciences. Minnets formbara natur är både en välsignelse och en förbannelse: det är dåligt när vi kommer ihåg felaktiga detaljer, men det är bra att våra hjärnor har den naturliga förmågan att forma och uppdatera minnen för att göra dem mindre påverkande, speciellt om det är något skrämmande eller traumatiskt.

Så tänk om det var möjligt att använda den formbara naturen hos våra minnen till vår fördel för att läka psykiska störningar som depression och posttraumatisk stressyndrom (PTSD)? Det är precis vad Ramirez och hans forskargrupp arbetar med. Och efter år av att studera minnet hos möss har de listat ut inte bara var hjärnan lagrar positiva och negativa minnen, utan också hur man kan tysta negativa minnen genom att på konstgjord väg stimulera andra, gladare.

Vår idé om miljoner dollar är, tänk om en lösning på några av dessa psykiska störningar redan finns i hjärnan? Och tänk om minnet är ett sätt att komma dit?”

Steve Ramirez, biträdande professor i psykologi och neurovetenskap, BU College of Arts & Sciences

I två nya artiklar visar han och hans team kraften i våra känslomässiga minnen och hur våra upplevelser – och hur vi bearbetar dem – lämnar faktiska fysiska spår i hjärnan.

Kartläggning av positiva och negativa minnen

Ett av de viktigaste stegen för att använda minne för att behandla minnesstörningar är att förstå var positiva och negativa minnen finns i hjärnan och hur man kan skilja mellan de två. Minnen lagras i alla olika delar av hjärnan, och de individuella minnena själva existerar som nätverk av celler som kallas engram. Ramirez labb är särskilt intresserad av minnesnätverken i hjärnans hippocampus, en cashew-formad struktur som lagrar sensorisk och känslomässig information som är viktig för att bilda och hämta minnen.

I en ny artikel publicerad i Nature Communications Biology kartlägger Ramirez, huvudförfattaren Monika Shpokayte (MED'26) och ett team av neuroforskare från BU de viktigaste molekylära och genetiska skillnaderna mellan positiva och negativa minnen och finner att de två faktiskt är slående olika på flera nivåer. Det visar sig att känslomässiga minnen, liksom ett positivt eller negativt minne, är fysiskt annorlunda än andra typer av hjärnceller – och olika från varandra.

"Det här är ganska vilt eftersom det tyder på att dessa positiva och negativa minnen har sin egen separata fastighet i hjärnan", säger Ramirez, som också är medlem i BU:s Center for Systems Neuroscience.

Studieförfattarna fann att positiva och negativa minnesceller skiljer sig från varandra på nästan alla sätt - de lagras i första hand i olika regioner av hippocampus, de kommunicerar med andra celler via olika typer av vägar, och det molekylära maskineriet i båda typerna av celler verkar vara olika.

"Så, det finns [potentiellt] en molekylär grund för skillnaden mellan positiva och negativa minnen i hjärnan", säger Ramirez. "Vi har nu ett antal markörer som vi vet skiljer positiva från negativa i hippocampus."

Att se och namnge positiva och negativa minnen är endast möjligt med hjälp av ett avancerat neurovetenskapligt verktyg som kallas optogenetik. Detta är ett sätt att få hjärncellsreceptorer att reagera på ljus; Forskare strålar in ett ofarligt laserljus i hjärnan för att tända celler som har fått en receptor som reagerar på ljus. De kan också färgkoda positiva och negativa minnen genom att introducera ett fluorescerande protein som exciteras av ljus, så att till exempel positiva minnescellnätverk lyser grönt och negativa cellnätverk lyser rött eller blått.

Återkoppla dåliga minnen

Genetik och genomik e-bok

Sammanställning av de bästa intervjuerna, artiklarna och nyheterna från det senaste året. Ladda ner en kopia idag

Innan forskare markerar ett minne i en mus måste de först etablera minnet. För att göra detta utsätter de gnagarna för en allmänt god eller obehaglig upplevelse – en positiv upplevelse kan vara att knapra på en läcker ost eller umgås med andra möss; En negativ upplevelse kan vara en mild men överraskande elektrisk stöt mot fötterna. När ett nytt minne har bildats kan forskare hitta nätverket av celler som håller fast vid den upplevelsen och få dem att lysa en specifik färg.

När de kan se minnet kan forskare på konstgjord väg aktivera dessa minnesceller med laserljus - och, som Ramirez team också upptäckte, skriva om de negativa minnena. I en artikel publicerad i Nature Communications fann de att artificiell aktivering av en positiv upplevelse permanent omskriver en negativ upplevelse och dämpar den känslomässiga intensiteten i det dåliga minnet.

Forskarna fick mössen att återkalla en negativ upplevelse, och under hämtning av rädslaminne återaktiverade de på konstgjord väg en grupp positiva minnesceller. Konkurrerande positivt minne uppdaterade rädslaminnet och minskade rädslareaktionen vid tidpunkten och långt efter att minnet aktiverades, enligt tidningen. Studien bygger på tidigare arbete från Ramirez labb, som fann att det är möjligt att artificiellt manipulera tidigare minnen.

Att aktivera ett positivt minne var det mest effektiva sättet att uppdatera ett negativt minne, men teamet fann också att det inte är det enda sättet. Istället för att bara rikta in sig på positiva minnesceller, försökte de också aktivera ett neutralt minne - en vanlig, tråkig upplevelse för ett djur - och sedan försökte de aktivera hela hippocampus och fann att båda var effektiva.

"Om du stimulerar många celler som inte nödvändigtvis är förknippade med någon form av minne, kan det orsaka tillräckligt med störningar för att störa rädsla minnet", säger Stephanie Grella, huvudförfattare och tidigare postdoktor vid Ramirez Lab, som nyligen grundade Memory & Neuromodulatory Mechanisms Lab vid Loyola University.

Även om det inte är möjligt att artificiellt aktivera minnen hos människor, kan resultaten ändå överföras till kliniska miljöer, säger Grella. "För att du kan fråga personen, 'Kan du komma ihåg något negativt, kan du komma ihåg något positivt?'" säger hon -; Frågor du inte kan ställa till en mus.

Hon föreslår att det kan vara möjligt att åsidosätta effekterna av ett negativt minne som har påverkat en persons mentala tillstånd genom att påminna en person om det dåliga minnet och korrekt tajma ett levande minne av ett positivt i en terapeutisk miljö.

"Vi vet att minnen är formbara", säger Grella. "En av sakerna vi hittade i det här dokumentet var att tidpunkten för stimulering var väldigt kritisk."

Sökandet efter game changers

För andra mer intensiva typer av behandling för svår depression och PTSD, föreslår Grella att det så småningom kan vara möjligt att stimulera stora delar av hippocampus med hjälp av verktyg som transkraniell magnetisk stimulering eller djup hjärnstimulering - en invasiv procedur - för att hjälpa människor att övervinna minnesrelaterade störningar. Ramirez påpekar att fler neuroforskare har börjat omfamna experimentella behandlingar med psykedelika och olagliga droger. Till exempel fann en studie från 2021 att kontrollerade doser av MDMA hjälpte till att lindra några allvarliga PTSD-symtom.

"Temaet här är att använda vissa aspekter av belöning och positivitet för att skriva om de negativa komponenterna i vårt förflutna", säger Ramirez. "Det är analogt med vad vi gör hos gnagare, förutom hos människor - vi aktiverade på konstgjord väg positiva minnen hos gnagare, och vad de gjorde var att ge dem små doser MDMA för att se om det kan vara tillräckligt för att skriva om några av de traumatiska komponenterna i den upplevelsen." Dessa typer av experiment pekar på vikten av ytterligare forskning om de kliniska och användbara metoderna för minnesmanipulation, men det är viktigt att notera att dessa experiment utfördes under strikt medicinsk övervakning och inte bör försökas hemma.

För nu är Ramirez spänd på att se hur detta arbete ytterligare kan tänja på neurovetenskapens gränser och hoppas få se forskare experimentera med ännu fler out-of-the-box idéer som kan förvandla medicin i framtiden: "Vi vill ha spelväxlare, eller hur? Vi vill ha saker som är mycket mer effektiva än de behandlingar som finns tillgängliga för närvarande.

Källa:

Boston University

Hänvisning:

Shpokayte, M., et al. (2022) Hippocampusceller separerar positiva och negativa engram. Kommunikationsbiologi. doi.org/10.1038/s42003-022-03906-8.

.