Studien viser det strukturelle grunnlaget for minnedannelse i musehjernen

Studien viser det strukturelle grunnlaget for minnedannelse i musehjernen

I en studie støttet av National Institutes of Health (NIH), demonstrerte forskere det strukturelle grunnlaget for minnedannelse i et bredt nettverk av nevroner i musehjernen. Dette arbeidet belyser den grunnleggende fleksible naturen til minneskaping, og beskriver læringsrelaterte endringer på celle- og subcellulært nivå med enestående oppløsning. Å forstå denne fleksibiliteten kan forklare hvorfor hukommelse og læringsprosesser noen ganger går galt.

Resultatene, publisert iVitenskapviste at nevroner assosiert med et minnespor reorganiserte forbindelsene til andre nevroner gjennom en atypisk forbindelse kalt en multisynaptisk bouton. I en multisynaptisk bouton kontakter aksonet til nevronet som overfører signalet med informasjonssalg flere nevroner som mottar signalet. Ifølge forskerne kan multisynaptiske boutons muliggjøre den cellulære fleksibiliteten til informasjonskoding observert i tidligere studier.

Forskerne fant også at nevroner involvert i minnedannelse ikke fortrinnsvis var koblet til hverandre. Dette funnet utfordrer ideen om "neuroner som skyter sammen", som en tradisjonell læringsteori forutsier.

I tillegg observerte forskerne at nevroner assosiert med et minnespor reorganiserte visse intracellulære strukturer som støtter energi og kommunikasjon og plastisitet i nevronale forbindelser. Disse nevronene hadde også økt interaksjon med støtteceller kjent som astrocytter.

Ved å bruke en kombinasjon av avanserte genetiske verktøy, 3D elektronmikroskopi og kunstig intelligens, forsker Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D.

Dette bildet viser en AI-assistert nanoskala 3D-rekonstruksjon av nevronale synapser i musens hippocampus.

For å studere strukturelle trekk relatert til læring, utsatte forskerne mus for en kondisjoneringsoppgave og undersøkte hippocampus-regionen i hjernen omtrent 1 uke senere. De valgte denne tiden fordi den skjer etter at minner først er kodet, men før de blir omorganisert for langtidslagring. Ved hjelp av avanserte genetiske teknikker merket forskere permanent undergrupper av hippocampale nevroner som ble aktivert under læring, noe som muliggjorde pålitelig identifikasjon. De brukte deretter 3D-elektronmikroskopialgoritmer og kunstig intelligens for å lage rekonstruksjoner i nanoskala av de eksitatoriske nevrale nettverkene som er involvert i læring.

Denne studien gir en omfattende titt på de strukturelle kjennetegnene ved minnedannelse i en hjerneregion. Det reiser også nye spørsmål for videre utforskning. Fremtidige studier vil være avgjørende for å avgjøre om lignende mekanismer fungerer på tvers av forskjellige tidspunkter og nevrale kretsløp. I tillegg kreves ytterligere undersøkelser av den molekylære sammensetningen av multisynaptiske boutonger for å bestemme deres nøyaktige rolle i hukommelsen og andre kognitive prosesser.

Forskningen ble støttet av midler fra National Institute of Mental Health, National Institute of Neurological Disorders and Stroke, og NIHHjerneforskning ved å fremme innovative nevroteknologier® Initiative eller The Brain Initiative®.

Kilder: