Η μελέτη δείχνει τη δομική βάση του σχηματισμού μνήμης στον εγκέφαλο του ποντικιού

Η μελέτη δείχνει τη δομική βάση του σχηματισμού μνήμης στον εγκέφαλο του ποντικιού

Σε μια μελέτη που υποστηρίζεται από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (NIH), οι ερευνητές απέδειξαν τη δομική βάση του σχηματισμού μνήμης σε ένα ευρύ δίκτυο νευρώνων στον εγκέφαλο του ποντικιού. Αυτό το έργο φωτίζει τη θεμελιωδώς ευέλικτη φύση της δημιουργίας μνήμης, περιγράφοντας αλλαγές που σχετίζονται με τη μάθηση σε κυτταρικό και υποκυτταρικό επίπεδο με πρωτοφανή ανάλυση. Η κατανόηση αυτής της ευελιξίας μπορεί να εξηγήσει γιατί μερικές φορές οι διαδικασίες μνήμης και μάθησης πάνε στραβά.

Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύτηκαν στοΕπιστήμηέδειξε ότι οι νευρώνες που σχετίζονται με ένα ίχνος μνήμης αναδιοργάνωσαν τις συνδέσεις τους με άλλους νευρώνες μέσω μιας άτυπης σύνδεσης που ονομάζεται πολυσυναπτικό μπουτόν. Σε ένα πολυσυναπτικό μπουτόν, ο άξονας του νευρώνα που μεταδίδει το σήμα με τις πωλήσεις πληροφοριών έρχεται σε επαφή με αρκετούς νευρώνες που λαμβάνουν το σήμα. Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα πολυσυναπτικά μπουτόν μπορεί να επιτρέψουν την κυτταρική ευελιξία της κωδικοποίησης πληροφοριών που παρατηρήθηκε σε προηγούμενες μελέτες.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι οι νευρώνες που εμπλέκονται στο σχηματισμό της μνήμης δεν συνδέονται κατά προτίμηση μεταξύ τους. Αυτό το εύρημα αμφισβητεί την ιδέα «οι νευρώνες να πυροβολούν μαζί», όπως προβλέπει μια παραδοσιακή θεωρία μάθησης.

Επιπλέον, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι οι νευρώνες που σχετίζονται με ένα ίχνος μνήμης αναδιοργάνωσαν ορισμένες ενδοκυτταρικές δομές που υποστηρίζουν την ενέργεια και την επικοινωνία και την πλαστικότητα στις νευρωνικές συνδέσεις. Αυτοί οι νευρώνες είχαν επίσης αυξημένες αλληλεπιδράσεις με υποστηρικτικά κύτταρα γνωστά ως αστροκύτταρα.

Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό προηγμένων γενετικών εργαλείων, τρισδιάστατης ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και τεχνητής νοημοσύνης, οι ερευνητές Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D.

Αυτή η εικόνα δείχνει μια τρισδιάστατη ανακατασκευή των νευρωνικών συνάψεων με τη βοήθεια AI σε νανοκλίμακα στον ιππόκαμπο του ποντικιού.

Για να μελετήσουν δομικά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τη μάθηση, οι ερευνητές εξέθεσαν ποντίκια σε μια εργασία προετοιμασίας και εξέτασαν την περιοχή του ιππόκαμπου του εγκεφάλου περίπου 1 εβδομάδα αργότερα. Επέλεξαν αυτή τη φορά επειδή εμφανίζεται μετά την πρώτη κωδικοποίηση των μνημών αλλά πριν την αναδιοργάνωσή τους για μακροπρόθεσμη αποθήκευση. Χρησιμοποιώντας προηγμένες γενετικές τεχνικές, οι ερευνητές επισήμαναν μόνιμα υποσύνολα νευρώνων του ιππόκαμπου που ενεργοποιούνταν κατά τη διάρκεια της μάθησης, επιτρέποντας την αξιόπιστη ταυτοποίηση. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν αλγόριθμους τρισδιάστατης ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και τεχνητή νοημοσύνη για να δημιουργήσουν ανακατασκευές σε νανοκλίμακα των διεγερτικών νευρωνικών δικτύων που εμπλέκονται στη μάθηση.

Αυτή η μελέτη παρέχει μια ολοκληρωμένη ματιά στα δομικά χαρακτηριστικά του σχηματισμού μνήμης σε μια περιοχή του εγκεφάλου. Εγείρει επίσης νέα ερωτήματα για περαιτέρω εξερεύνηση. Οι μελλοντικές μελέτες θα είναι κρίσιμες για να καθοριστεί εάν παρόμοιοι μηχανισμοί λειτουργούν σε διαφορετικά χρονικά σημεία και νευρωνικά κυκλώματα. Επιπλέον, απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση της μοριακής σύνθεσης των πολυσυναπτικών μπουτονίων για να προσδιοριστεί ο ακριβής ρόλος τους στη μνήμη και σε άλλες γνωστικές διεργασίες.

Η έρευνα υποστηρίχθηκε με χρηματοδότηση από το Εθνικό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγείας, το Εθνικό Ινστιτούτο Νευρολογικών Διαταραχών και Εγκεφαλικού και το NIHΈρευνα εγκεφάλου με την προώθηση καινοτόμων νευροτεχνολογιών® Initiative ή The Brain Initiative®.

Πηγές: