Tutkimus osoittaa muistin muodostumisen rakenteellisen perustan hiiren aivoissa

Tutkimus osoittaa muistin muodostumisen rakenteellisen perustan hiiren aivoissa

National Institutes of Healthin (NIH) tukemassa tutkimuksessa tutkijat osoittivat muistin muodostumisen rakenteellisen perustan laajassa neuroniverkostossa hiiren aivoissa. Tämä teos valaisee muistin luomisen pohjimmiltaan joustavaa luonnetta ja kuvaa ennennäkemättömällä resoluutiolla oppimiseen liittyviä muutoksia solu- ja solutasolla. Tämän joustavuuden ymmärtäminen voi selittää, miksi muisti ja oppimisprosessit joskus menevät pieleen.

Tulokset, julkaistu vTiedeosoitti, että muistijälkiin liittyvät neuronit järjestivät uudelleen yhteytensä muihin hermosoluihin epätyypillisen yhteyden kautta, jota kutsutaan multi-synaptiseksi boutoniksi. Multisynaptisessa boutonissa signaalin informaatiomyynnin kanssa välittävän neuronin aksoni ottaa yhteyttä useisiin signaalin vastaanottaviin hermosoluihin. Tutkijoiden mukaan multisynaptiset boutonit voivat mahdollistaa aiemmissa tutkimuksissa havaitun informaation koodauksen solujoustavuuden.

Tutkijat havaitsivat myös, että muistin muodostukseen osallistuvat neuronit eivät olleet ensisijaisesti yhteydessä toisiinsa. Tämä havainto haastaa ajatuksen "neuronien ampumisesta yhdessä", kuten perinteinen oppimisteoria ennustaa.

Lisäksi tutkijat havaitsivat, että muistijälkiin liittyvät neuronit organisoivat uudelleen tiettyjä solunsisäisiä rakenteita, jotka tukevat energiaa ja viestintää sekä plastisuutta hermosolujen yhteyksissä. Näillä neuroneilla oli myös lisääntynyt vuorovaikutus tukisolujen kanssa, jotka tunnetaan astrosyyteinä.

Kehittyneiden geneettisten työkalujen, 3D-elektronimikroskoopin ja tekoälyn yhdistelmän avulla tutkijat Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D.

Tämä kuva näyttää tekoälyn avustetun nanomittakaavan 3D-rekonstruktio hermosolujen synapseista hiiren hippokampuksessa.

Oppimiseen liittyvien rakenteellisten piirteiden tutkimiseksi tutkijat altistivat hiiret kuntoutustehtävälle ja tutkivat aivojen hippokampuksen aluetta noin viikkoa myöhemmin. He valitsivat tämän ajan, koska se tapahtuu sen jälkeen, kun muistit on koodattu ensimmäisen kerran, mutta ennen kuin ne järjestetään uudelleen pitkäaikaista tallennusta varten. Kehittyneiden geneettisten tekniikoiden avulla tutkijat merkitsivät pysyvästi aivotursohermosolujen osajoukkoja, jotka aktivoituivat oppimisen aikana, mikä mahdollistaa luotettavan tunnistamisen. Sitten he käyttivät 3D-elektromikroskopia-algoritmeja ja tekoälyä luodakseen nanomittakaavan rekonstruktion oppimiseen osallistuvista herättävistä hermoverkoista.

Tämä tutkimus tarjoaa kattavan katsauksen muistin muodostumisen rakenteellisiin tunnusmerkkeihin yhdellä aivoalueella. Se herättää myös uusia kysymyksiä lisäselvityksiä varten. Tulevat tutkimukset ovat ratkaisevan tärkeitä määritettäessä, toimivatko samanlaiset mekanismit eri aikapisteissä ja hermopiireissä. Lisäksi tarvitaan lisätutkimuksia multisynaptisten boutonien molekyylikoostumuksesta, jotta voidaan määrittää niiden tarkka rooli muistissa ja muissa kognitiivisissa prosesseissa.

Tutkimusta tukivat National Institute of Mental Health, National Institute of Neurological Disorders and Stroke ja NIH.Aivotutkimus edistämällä innovatiivisia neurotekniikoita® Initiative tai The Brain Initiative®.

Lähteet: