Pētījums atklāj jaunu izglītojošu lomu entorinālajai garozai

Pētījums atklāj jaunu izglītojošu lomu entorinālajai garozai

Ilgstošs jautājums neirozinātnē ir tas, kā zīdītāju smadzenes (tostarp mūsu) pielāgojas ārējai videi, informācijai un pieredzei. Paradigmas maiņas pētījumā, kas publicēts žurnālā Nature, Teksasas Bērnu slimnīcas Jana un Dana Dankanu Neiroloģiskās pētniecības institūta (Duncan NRI) un Beiloras Medicīnas koledžas pētnieki ir atklājuši mehāniskos soļus, kas ir pamatā jauna veida sinaptiskajai plastiskumam, ko sauc par uzvedības laika skalas sinaptisko plastiskumu (BTSP). Pētījums, ko vadīja Dr. Jeffrey Magee, Baylor profesors, kurš ir arī Hovarda Hjūza Medicīnas institūts un Dankanas NRI pētnieks, parāda, kā entorinālā garoza (EK) sūta pamācošus signālus uz hipokampu -; smadzeņu apgabals, kas ir būtisks telpiskajai navigācijai, atmiņas kodēšanai un konsolidācijai; un uzdod tai īpaši reorganizēt noteiktas neironu apakškopas atrašanās vietu un darbību, lai panāktu mainītu uzvedību, reaģējot uz tās mainīgo vidi un telpiskajiem signāliem.

Neironi sazinās viens ar otru, pārraidot elektriskos signālus vai ķīmiskās vielas caur savienojumiem, ko sauc par sinapsēm. Sinaptiskā plastiskums attiecas uz šo neironu savienojumu adaptīvo spēju laika gaitā kļūt stiprākiem vai vājākiem, tieši reaģējot uz izmaiņām ārējā vidē. Šī mūsu neironu adaptīvā spēja ātri un precīzi reaģēt uz ārējiem signāliem ir būtiska mūsu izdzīvošanai un izaugsmei, un tā veido neiroķīmisko pamatu mācībām un atmiņai.

Dzīvnieka smadzeņu darbība un uzvedība ātri pielāgojas telpiskām izmaiņām

Lai noteiktu mehānismu, kas ir pamatā zīdītāju smadzeņu spējai adaptīvi mācīties, Dr. Kristīne Grienbergere, Magee laboratorijas pēcdoktorantūras pētniece un pētījuma vadošā autore, izmērīja noteiktas vietas šūnu grupas aktivitāti, kas ir specializēti hipokampu neironi, kas veido un atjaunina ārējās vides “kartes”. Viņa pievienoja jaudīgu mikroskopu šo peļu smadzenēm un izmērīja šo šūnu aktivitāti, kamēr peles skrēja uz lineāra skrejceliņa.

Sākotnējā fāzē peles bija pieradušas pie šī eksperimentālā iestatījuma, un atlīdzības (cukurūdens) stāvoklis tika mainīts ar katru kārtu. "Šajā fāzē peles nepārtraukti skrēja ar tādu pašu ātrumu, vienlaikus nepārtraukti laizot sliežu ceļu. Tas nozīmēja, ka vietu šūnas šajās pelēs veidoja vienotu flīžu zīmējumu," sacīja Dr. Grienbergers, kurš pašlaik ir Brandeisas universitātes docents.

Nākamajā fāzē viņa piešķīra atlīdzību noteiktai vietai trasē kopā ar dažiem vizuāliem norādījumiem, lai orientētu peles, un izmērīja tās pašas neironu grupas aktivitāti.

Esmu redzējis, ka atalgojuma vietas maiņa mainīja šo dzīvnieku uzvedību. Pēc tam peles apstājās īsi pirms balvas punkta, lai nogaršotu cukurūdeni. Un vēl interesantāk, šīs uzvedības izmaiņas bija saistītas ar palielinātu vietu šūnu blīvumu un aktivitāti ap atlīdzības vietu. Tas liek domāt, ka izmaiņas telpiskajās norādēs var izraisīt hipokampu neironu adaptīvu reorganizāciju un aktivitāti.

Dr. Christine Grienberger, Brandeis Universitātes docente

Neiroloģijas e-grāmata

Pagājušā gada populārāko interviju, rakstu un ziņu apkopojums. Lejupielādējiet kopiju šodien

Šī eksperimentālā paradigma ļāva pētniekiem izpētīt, kā izmaiņas telpiskajās norādēs veido zīdītāju smadzenes, lai radītu adaptīvu jaunu uzvedību.

Vairāk nekā 70 gadus Hebbian teorija, kas sarunvalodā tika īsumā apkopota kā "neironi, kas šauj kopā, savienojas", dominēja neirozinātnieku skatījumā par to, kā sinapses laika gaitā kļūst stiprākas vai vājākas. Lai gan šī labi izpētītā teorija veido pamatu vairākiem sasniegumiem neirozinātnes jomā, tai ir daži ierobežojumi. 2017. gadā Magee laboratorijas pētnieki atklāja jaunu un spēcīgu sinaptiskās plastiskuma veidu – uzvedības laika skalas sinaptisko plastiskumu (BTSP), kas pārvar šos ierobežojumus un nodrošina modeli, kas vislabāk atdarina laika grafiku, kā mēs mācāmies vai atceramies saistītus notikumus reālajā dzīvē.

Izmantojot jauno eksperimentālo paradigmu, Dr. Grienbergers atklāja, ka otrajā fāzē iepriekš klusās vietas šūnu neironi pēkšņi ieguva lielus vietas laukus vienā kārtā pēc atalgojuma vietas noteikšanas. Šis atklājums atbilst sinaptiskās plastiskuma un mācīšanās veidam, kas nav hebisks. Papildu eksperimenti apstiprināja, ka novērotās adaptīvās izmaiņas hipokampu šūnās un šo peļu uzvedību patiešām izraisīja BTSP.

Entorinālā garoza instruē hipokampu vietas šūnām, kā reaģēt uz telpiskām izmaiņām

Pamatojoties uz iepriekšējiem pētījumiem, Magee komanda zināja, ka BTSP ietver pamācošu / uzraudzības signālu, kas ne vienmēr atrodas aktivizētajos mērķa neironos (šajā gadījumā hipokampu šūnas) vai blakus tiem. Lai noteiktu šī mācību signāla izcelsmi, viņi pārbaudīja tuvējā smadzeņu reģiona aksonālās projekcijas, ko sauc par entorinālo garozu (EC), kas inervē hipokampu un darbojas kā vārti starp hipokampu un neokortikālajiem reģioniem, kas kontrolē augstākus izpildvaras / lēmumu pieņemšanas procesus.

"Mēs noskaidrojām, ka mērķtiecīga EK aksonu apakškopas inhibīcija, kas inervē CA1 hipokampu neironus, no kuriem mēs reģistrējām, neļāva attīstīties pārmērīgam CA1 atalgojumam smadzenēs," sacīja Dr. Magee.

Pamatojoties uz vairākām izmeklēšanas līnijām, viņi secināja, ka entorinālā garoza nodrošina relatīvi nemainīgu mērķa instrukciju signālu, kas liek hipokampam pārkārtot vietu šūnu stāvokli un aktivitāti, kas savukārt ietekmē dzīvnieka uzvedību.

"Atklājums, ka viena smadzeņu daļa (entorinālais komplekss) var likt citam smadzeņu reģionam (hipokampam) mainīt savu neironu (vietas šūnu) stāvokli un aktivitāti, ir ārkārtējs atklājums neirozinātnē," piebilda Dr. Magee. "Tas pilnībā maina mūsu uzskatu par to, kā smadzenēs notiek no mācīšanās atkarīgas izmaiņas, un atklāj jaunas iespējas, kas nākotnē pārveidos un vadīs mūsu pieeju neiroloģiskām un neirodeģeneratīvām slimībām."

Šo pētījumu finansēja Hovarda Hjūza Medicīnas institūts, Kalena fonds un Jana un Dan Dankanu Neiroloģisko pētījumu institūts Teksasas Bērnu slimnīcā.

Avots:

Teksasas bērnu slimnīca

Atsauce:

Grienberger, C & Magee, JC, (2022) Entorinālā garoza kontrolē ar mācīšanos saistītas izmaiņas CA1 attēlojumos. Daba. doi.org/10.1038/s41586-022-05378-6.

.