De studie toont de structurele basis van geheugenvorming in de hersenen van muizen

De studie toont de structurele basis van geheugenvorming in de hersenen van muizen

In een studie ondersteund door de National Institutes of Health (NIH) hebben onderzoekers de structurele basis van geheugenvorming aangetoond in een breed netwerk van neuronen in de hersenen van muizen. Dit werk belicht de fundamenteel flexibele aard van het creëren van herinneringen en beschrijft leergerelateerde veranderingen op cellulair en subcellulair niveau met een ongekende resolutie. Het begrijpen van deze flexibiliteit kan verklaren waarom geheugen- en leerprocessen soms misgaan.

De resultaten, gepubliceerd inWetenschaptoonde aan dat neuronen geassocieerd met een geheugenspoor hun verbindingen met andere neuronen reorganiseerden via een atypische verbinding die een multi-synaptische bouton wordt genoemd. Bij een multi-synaptische bouton maakt het axon van het neuron dat het signaal met informatieverkoop verzendt contact met verschillende neuronen die het signaal ontvangen. Volgens de onderzoekers kunnen multisynaptische boutons de cellulaire flexibiliteit van informatiecodering mogelijk maken die in eerdere onderzoeken werd waargenomen.

De onderzoekers ontdekten ook dat neuronen die betrokken zijn bij geheugenvorming niet bij voorkeur met elkaar verbonden waren. Deze bevinding daagt het idee uit van ‘neuronen die samen vuren’, zoals een traditionele leertheorie voorspelt.

Bovendien merkten de onderzoekers op dat neuronen geassocieerd met een geheugenspoor bepaalde intracellulaire structuren reorganiseerden die energie en communicatie en plasticiteit in neuronale verbindingen ondersteunen. Deze neuronen hadden ook een verhoogde interactie met ondersteunende cellen die bekend staan ​​als astrocyten.

Met behulp van een combinatie van geavanceerde genetische hulpmiddelen, 3D-elektronenmicroscopie en kunstmatige intelligentie hebben onderzoekswetenschappers Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D.

Deze afbeelding toont een AI-ondersteunde 3D-reconstructie op nanoschaal van neuronale synapsen in de hippocampus van muizen.

Om structurele kenmerken gerelateerd aan leren te bestuderen, stelden de onderzoekers muizen bloot aan een conditioneringstaak en onderzochten ze ongeveer een week later het hippocampusgebied van de hersenen. Ze kozen voor dit tijdstip omdat het plaatsvindt nadat herinneringen eerst zijn gecodeerd, maar voordat ze worden gereorganiseerd voor opslag op de lange termijn. Met behulp van geavanceerde genetische technieken labelden onderzoekers permanent subsets van hippocampale neuronen die tijdens het leren werden geactiveerd, waardoor betrouwbare identificatie mogelijk was. Vervolgens gebruikten ze 3D-elektronenmicroscopie-algoritmen en kunstmatige intelligentie om reconstructies op nanoschaal te creëren van de exciterende neurale netwerken die betrokken zijn bij leren.

Deze studie biedt een uitgebreid overzicht van de structurele kenmerken van geheugenvorming in één hersenregio. Het roept ook nieuwe vragen op voor verder onderzoek. Toekomstige studies zullen cruciaal zijn om te bepalen of vergelijkbare mechanismen op verschillende tijdstippen en neurale circuits werken. Bovendien is verder onderzoek naar de moleculaire samenstelling van multisynaptische boutons nodig om hun precieze rol in het geheugen en andere cognitieve processen te bepalen.

Het onderzoek werd ondersteund door financiering van het National Institute of Mental Health, het National Institute of Neurological Disorders and Stroke, en NIHHersenonderzoek door het bevorderen van innovatieve neurotechnologieën® Initiatief of Het Herseninitiatief®.

Bronnen: