Štúdia ukazuje štrukturálny základ tvorby pamäte v mozgu myši

Štúdia ukazuje štrukturálny základ tvorby pamäte v mozgu myši

V štúdii podporovanej Národným inštitútom zdravia (NIH) výskumníci preukázali štrukturálny základ tvorby pamäte v širokej sieti neurónov v mozgu myši. Táto práca osvetľuje zásadne flexibilnú povahu vytvárania pamäte a opisuje zmeny súvisiace s učením na bunkovej a subcelulárnej úrovni s bezprecedentným rozlíšením. Pochopenie tejto flexibility môže vysvetliť, prečo sa pamäť a procesy učenia niekedy pokazia.

Výsledky zverejnené v rVedaukázali, že neuróny spojené s pamäťovou stopou reorganizovali svoje spojenia s inými neurónmi prostredníctvom atypického spojenia nazývaného multisynaptický bouton. V multisynaptickom boutóne axón neurónu, ktorý prenáša signál s predajom informácií, kontaktuje niekoľko neurónov, ktoré prijímajú signál. Podľa vedcov môžu multisynaptické boutóny umožniť bunkovú flexibilitu kódovania informácií pozorovanú v predchádzajúcich štúdiách.

Vedci tiež zistili, že neuróny zapojené do tvorby pamäte neboli navzájom prednostne spojené. Toto zistenie spochybňuje myšlienku „spoločne strieľajúcich neurónov“, ako predpovedá tradičná teória učenia.

Okrem toho vedci pozorovali, že neuróny spojené s pamäťovou stopou reorganizovali určité vnútrobunkové štruktúry, ktoré podporujú energiu a komunikáciu a plasticitu v neurónových spojeniach. Tieto neuróny mali tiež zvýšené interakcie s podpornými bunkami známymi ako astrocyty.

Pomocou kombinácie pokročilých genetických nástrojov, 3D elektrónovej mikroskopie a umelej inteligencie vedci Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D.

Tento obrázok ukazuje nanometrovú 3D rekonštrukciu neurónových synapsií v myšom hipokampe s pomocou AI.

Na štúdium štrukturálnych prvkov súvisiacich s učením výskumníci vystavili myši kondičnej úlohe a približne o týždeň neskôr skúmali oblasť hipokampu v mozgu. Vybrali si tento čas, pretože sa vyskytuje po prvom zakódovaní pamätí, ale predtým, ako sú reorganizované na dlhodobé ukladanie. Pomocou pokročilých genetických techník výskumníci natrvalo označili podskupiny hipokampálnych neurónov, ktoré sa aktivovali počas učenia, čo umožnilo spoľahlivú identifikáciu. Potom použili algoritmy 3D elektrónovej mikroskopie a umelú inteligenciu na vytvorenie nanometrových rekonštrukcií excitačných neurónových sietí zapojených do učenia.

Táto štúdia poskytuje komplexný pohľad na štrukturálne znaky tvorby pamäte v jednej oblasti mozgu. Tiež vyvoláva nové otázky na ďalšie skúmanie. Budúce štúdie budú kľúčové na určenie toho, či podobné mechanizmy fungujú v rôznych časových bodoch a nervových okruhoch. Okrem toho je potrebné ďalšie skúmanie molekulárneho zloženia multisynaptických boutónov, aby sa určila ich presná úloha v pamäti a iných kognitívnych procesoch.

Výskum bol podporený financovaním z Národného inštitútu duševného zdravia, Národného inštitútu neurologických porúch a mŕtvice a NIHVýskum mozgu podporou inovatívnych neurotechnológií® Initiative alebo The Brain Initiative®.

Zdroje: