Tyrimas atskleidžia naują edukacinį entorininės žievės vaidmenį

Tyrimas atskleidžia naują edukacinį entorininės žievės vaidmenį

Ilgą laiką neurologijos srityje kyla klausimas, kaip žinduolių smegenys (taip pat ir mūsų) prisitaiko prie išorinės aplinkos, informacijos ir patirties. Paradigmas keičiančiame tyrime, paskelbtame žurnale Nature, Teksaso vaikų ligoninės Jan ir Dan Duncan Neurologinių tyrimų instituto (Duncan NRI) ir Baylor medicinos koledžo mokslininkai atrado mechaninius žingsnius, kuriais grindžiamas naujas sinapsinio plastiškumo tipas, vadinamas elgsenos laiko skalės sinapsiniu plastiškumu (BTSP). Tyrimas, kuriam vadovavo daktaras Jeffrey Magee, Baylor profesorius, kuris taip pat yra Howardo Hugheso medicinos instituto ir Duncan NRI tyrėjas, rodo, kaip entorinalinė žievė (EC) siunčia pamokomus signalus į hipokampą –; smegenų sritis, labai svarbi erdvinei navigacijai, atminties kodavimui ir konsolidavimui; ir nurodo jai konkrečiai pertvarkyti tam tikro savo neuronų pogrupio vietą ir veiklą, kad būtų pasiektas pakeistas elgesys, reaguojant į besikeičiančią aplinką ir erdvinius signalus.

Neuronai bendrauja tarpusavyje, perduodami elektrinius signalus arba chemines medžiagas jungtimis, vadinamomis sinapsėmis. Sinaptinis plastiškumas reiškia šių nervinių jungčių prisitaikymo gebėjimą laikui bėgant stiprėti arba susilpnėti, tiesiogiai reaguojant į išorinės aplinkos pokyčius. Šis prisitaikantis mūsų neuronų gebėjimas greitai ir tiksliai reaguoti į išorinius signalus yra labai svarbus mūsų išlikimui ir augimui bei sudaro neurocheminį mokymosi ir atminties pagrindą.

Gyvūno smegenų veikla ir elgesys greitai prisitaiko prie erdvinių pokyčių

Siekdama nustatyti žinduolių smegenų gebėjimo adaptyviai mokytis mechanizmą, Magee laboratorijos doktorantė dr. Christine Grienberger ir pagrindinė tyrimo autorė išmatavo konkrečios vietos ląstelių grupės, kurios yra specializuoti hipokampo neuronai, kuriantys ir atnaujinantys išorinės aplinkos žemėlapius, aktyvumą. Prie šių pelių smegenų ji pritvirtino galingą mikroskopą ir išmatavo šių ląstelių aktyvumą pelėms bėgiojant tiesiniu bėgimo takeliu.

Pradiniame etape pelės buvo pripratusios prie šios eksperimentinės sąrankos ir atlygio (cukraus vandens) padėtis buvo keičiama su kiekvienu raundu. "Šioje fazėje pelės nuolat bėgo tuo pačiu greičiu ir nuolat laižo takelį. Tai reiškė, kad šių pelių vietos ląstelės sudarė vienodą plytelių modelį", - sakė Dr. Grienbergeris, kuris šiuo metu yra Brandeis universiteto docentas.

Kitame etape ji pridėjo atlygį prie konkrečios takelio vietos kartu su kai kuriais vaizdiniais nurodymais, kad galėtų orientuoti peles, ir išmatavo tos pačios neuronų grupės aktyvumą.

Mačiau, kad pakeitus atlygio vietą pasikeitė šių gyvūnų elgesys. Tada pelės sustojo prieš pat atlygio tašką paragauti cukraus vandens. Ir dar įdomiau, kad šį elgsenos pokytį lydėjo padidėjęs vietos ląstelių tankis ir aktyvumas aplink apdovanojimo vietą. Tai rodo, kad erdvinių ženklų pokyčiai gali sukelti adaptyvų hipokampo neuronų reorganizavimą ir aktyvumą.

Dr. Christine Grienberger, Brandeis universiteto docentė

Neurologijos e-knyga

Populiariausių praėjusių metų interviu, straipsnių ir naujienų rinkinys. Atsisiųskite kopiją šiandien

Ši eksperimentinė paradigma leido tyrėjams ištirti, kaip erdvinių ženklų pokyčiai formuoja žinduolių smegenis, kad sukurtų prisitaikantį naują elgesį.

Daugiau nei 70 metų Hebbian teorija, šnekamojoje kalboje apibendrinta kaip „neuronai, kurie šaudo kartu, susijungia“, dominavo neurologų požiūris į tai, kaip laikui bėgant sinapsės stiprėja ar silpnėja. Nors ši gerai ištirta teorija sudaro pagrindą kelioms pažangoms neurologijos srityje, ji turi tam tikrų apribojimų. 2017 m. Magee laboratorijos mokslininkai atrado naują ir galingą sinapsinio plastiškumo tipą – elgsenos laiko skalės sinaptinį plastiškumą (BTSP), kuris įveikia šiuos apribojimus ir pateikia modelį, kuris geriausiai imituoja laiką, kaip mes mokomės ar prisimename susijusius įvykius realiame gyvenime.

Naudodamas naują eksperimentinę paradigmą, daktaras Grienbergeris nustatė, kad antroje fazėje anksčiau tylios vietos ląstelių neuronai staiga įgavo didelius vietos laukus per vieną raundą po to, kai buvo nustatyta atlygio vieta. Ši išvada atitinka ne hebišką sinapsinio plastiškumo ir mokymosi formą. Papildomi eksperimentai patvirtino, kad pastebėti adaptyvūs hipokampo ląstelių pokyčiai ir šių pelių elgesys iš tiesų atsirado dėl BTSP.

Entorinalinė žievė nurodo hipokampo vietos ląstelėms, kaip reaguoti į erdvinius pokyčius

Remdamasi ankstesniais tyrimais, Magee komanda žinojo, kad BTSP apima mokomąjį / stebėjimo signalą, kuris nebūtinai yra aktyvuotų tikslinių neuronų viduje arba šalia jų (šiuo atveju hipokampo ląstelėse). Norėdami nustatyti šio mokomojo signalo kilmę, jie ištyrė netoliese esančio smegenų srities, vadinamos entorinine žieve (EC), aksonines projekcijas, kuri inervuoja hipokampą ir veikia kaip vartai tarp hipokampo ir neokortikinių regionų, kurie kontroliuoja aukštesnius vykdomuosius / sprendimų priėmimo procesus.

„Mes nustatėme, kad tikslingas EB aksonų, inervuojančių CA1 hipokampo neuronus, iš kurių mes registravome, pogrupio slopinimas užkirto kelią CA1 atlygio pertekliui smegenyse“, – sakė dr. Magee.

Remdamiesi keliomis tyrimo linijomis, jie padarė išvadą, kad entorinalinė žievė suteikia santykinai nekintamą taikinio nurodymo signalą, kuris nurodo hipokampui pertvarkyti vietos ląstelių padėtį ir veiklą, o tai savo ruožtu daro įtaką gyvūno elgesiui.

„Atradimas, kad viena smegenų dalis (entorininis kompleksas) gali nurodyti kitam smegenų regionui (hipokampui) pakeisti savo neuronų (vietinių ląstelių) padėtį ir aktyvumą, yra nepaprastas atradimas neurologijos srityje“, – pridūrė daktaras Magee. „Tai visiškai pakeičia mūsų požiūrį į tai, kaip smegenyse vyksta nuo mokymosi priklausomi pokyčiai, ir atskleidžia naujas galimybes, kurios pakeis ir vadovaus mūsų požiūriui į neurologines ir neurodegeneracines ligas ateityje.

Šį tyrimą finansavo Howardo Hugheso medicinos institutas, Culleno fondas ir Jano ir Dano Duncanų neurologinių tyrimų institutas Teksaso vaikų ligoninėje.

Šaltinis:

Teksaso vaikų ligoninė

Nuoroda:

Grienberger, C & Magee, JC, (2022) Entorhinalinė žievė kontroliuoja su mokymusi susijusius CA1 vaizdų pokyčius. Gamta. doi.org/10.1038/s41586-022-05378-6.

.