Undersøgelsen viser det strukturelle grundlag for hukommelsesdannelse i musehjernen

Undersøgelsen viser det strukturelle grundlag for hukommelsesdannelse i musehjernen

I en undersøgelse støttet af National Institutes of Health (NIH) demonstrerede forskere det strukturelle grundlag for hukommelsesdannelse i et bredt netværk af neuroner i musehjernen. Dette arbejde belyser den grundlæggende fleksible karakter af hukommelsesskabelse, og beskriver læringsrelaterede ændringer på celle- og subcellulære niveauer med hidtil uset opløsning. At forstå denne fleksibilitet kan forklare, hvorfor hukommelse og læreprocesser nogle gange går galt.

Resultaterne, offentliggjort iVidenskabviste, at neuroner forbundet med et hukommelsesspor reorganiserede deres forbindelser til andre neuroner gennem en atypisk forbindelse kaldet en multisynaptisk bouton. I en multisynaptisk bouton kontakter neurons axon, der transmitterer signalet med informationssalg, flere neuroner, der modtager signalet. Ifølge forskerne kan multisynaptiske boutons muliggøre den cellulære fleksibilitet af informationskodning, der er observeret i tidligere undersøgelser.

Forskerne fandt også ud af, at neuroner involveret i hukommelsesdannelse ikke fortrinsvis var forbundet med hinanden. Dette fund udfordrer ideen om "neuroner, der fyrer sammen", som en traditionel læringsteori forudsiger.

Derudover observerede forskerne, at neuroner forbundet med et hukommelsesspor reorganiserede visse intracellulære strukturer, der understøtter energi og kommunikation og plasticitet i neuronale forbindelser. Disse neuroner havde også øget interaktion med støtteceller kendt som astrocytter.

Ved hjælp af en kombination af avancerede genetiske værktøjer, 3D elektronmikroskopi og kunstig intelligens, forsker Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D.

Dette billede viser en AI-assisteret nanoskala 3D-rekonstruktion af neuronale synapser i musens hippocampus.

For at studere strukturelle træk relateret til læring, udsatte forskerne mus for en konditioneringsopgave og undersøgte hippocampus-regionen af ​​hjernen omkring 1 uge senere. De valgte dette tidspunkt, fordi det sker efter, at hukommelser først er kodet, men før de omorganiseres til langtidslagring. Ved hjælp af avancerede genetiske teknikker mærkede forskere permanent undergrupper af hippocampale neuroner, der blev aktiveret under indlæring, hvilket muliggjorde pålidelig identifikation. De brugte derefter 3D-elektronmikroskopialgoritmer og kunstig intelligens til at skabe nanoskala rekonstruktioner af de excitatoriske neurale netværk involveret i læring.

Denne undersøgelse giver et omfattende kig på de strukturelle kendetegn ved hukommelsesdannelse i en hjerneregion. Det rejser også nye spørgsmål til yderligere udforskning. Fremtidige undersøgelser vil være afgørende for at afgøre, om lignende mekanismer fungerer på tværs af forskellige tidspunkter og neurale kredsløb. Derudover kræves yderligere undersøgelse af den molekylære sammensætning af multisynaptiske boutoner for at bestemme deres præcise rolle i hukommelsen og andre kognitive processer.

Forskningen blev støttet af finansiering fra National Institute of Mental Health, National Institute of Neurological Disorders and Stroke og NIHHjerneforskning ved at fremme innovative neuroteknologier® Initiative eller The Brain Initiative®.

Kilder: