Badanie pokazuje strukturalne podstawy tworzenia pamięci w mózgu myszy

Badanie pokazuje strukturalne podstawy tworzenia pamięci w mózgu myszy

W badaniu wspieranym przez Narodowy Instytut Zdrowia (NIH) naukowcy wykazali strukturalne podstawy tworzenia pamięci w szerokiej sieci neuronów w mózgu myszy. Praca ta rzuca światło na zasadniczo elastyczny charakter tworzenia pamięci, opisując zmiany związane z uczeniem się na poziomie komórkowym i subkomórkowym z niespotykaną dotąd rozdzielczością. Zrozumienie tej elastyczności może wyjaśnić, dlaczego procesy pamięci i uczenia się czasami przebiegają nieprawidłowo.

Wyniki opublikowane wNaukawykazali, że neurony powiązane ze śladem pamięciowym reorganizowały swoje połączenia z innymi neuronami poprzez nietypowe połączenie zwane boutonem multisynaptycznym. W butonie wielosynaptycznym akson neuronu przekazującego sygnał ze sprzedażą informacji kontaktuje się z kilkoma neuronami, które odbierają sygnał. Według naukowców boutony multisynaptyczne mogą umożliwić komórkową elastyczność kodowania informacji obserwowaną w poprzednich badaniach.

Naukowcy odkryli również, że neurony zaangażowane w tworzenie pamięci nie były ze sobą preferencyjnie połączone. Odkrycie to podważa ideę „wspólnego uruchamiania neuronów”, jak przewiduje tradycyjna teoria uczenia się.

Ponadto naukowcy zaobserwowali, że neurony powiązane ze śladem pamięciowym reorganizowały pewne struktury wewnątrzkomórkowe, które wspierają energię, komunikację i plastyczność połączeń neuronowych. Neurony te wykazywały również zwiększone interakcje z komórkami pomocniczymi zwanymi astrocytami.

Wykorzystując połączenie zaawansowanych narzędzi genetycznych, trójwymiarowej mikroskopii elektronowej i sztucznej inteligencji, naukowcy Marco Uytiepo, dr Anton Maximov.

To zdjęcie przedstawia wspomaganą sztuczną inteligencją rekonstrukcję 3D w nanoskali synaps neuronalnych w hipokampie myszy.

Aby zbadać cechy strukturalne związane z uczeniem się, naukowcy poddali myszy działaniu warunkowania i około tydzień później zbadali obszar hipokampa w mózgu. Wybrali ten czas, ponieważ ma on miejsce po pierwszym zakodowaniu wspomnień, ale przed ich reorganizacją w celu długotrwałego przechowywania. Korzystając z zaawansowanych technik genetycznych, badacze trwale oznaczyli podzbiory neuronów hipokampa, które aktywowały się podczas uczenia się, co umożliwiło wiarygodną identyfikację. Następnie wykorzystali algorytmy mikroskopii elektronowej 3D i sztuczną inteligencję do stworzenia rekonstrukcji w skali nano pobudzających sieci neuronowych zaangażowanych w uczenie się.

Badanie to zapewnia kompleksowe spojrzenie na strukturalne cechy tworzenia pamięci w jednym obszarze mózgu. Rodzi także nowe pytania wymagające dalszych badań. Przyszłe badania będą miały kluczowe znaczenie dla ustalenia, czy podobne mechanizmy działają w różnych punktach czasowych i obwodach neuronowych. Ponadto wymagane są dalsze badania składu molekularnego boutonów multisynaptycznych, aby określić ich dokładną rolę w pamięci i innych procesach poznawczych.

Badania współfinansowano ze środków Narodowego Instytutu Zdrowia Psychicznego, Narodowego Instytutu Chorób Neurologicznych i Udaru mózgu oraz NIHBadania mózgu poprzez promowanie innowacyjnych neurotechnologii® Inicjatywa lub The Brain Initiative®.

Źródła: