Исследование выявило новую показательную роль энторинальной коры.

Давний вопрос в нейробиологии заключается в том, как мозг млекопитающих (включая наш) адаптируется к внешней среде, информации и опыту. В исследовании по изменению парадигмы, опубликованном в вспыльчивый характерВ этом исследовании исследователи из Duncan NRI (Duncan NRI) в Детской больнице Техаса и Медицинском колледже Бэйлора обнаружили механические шаги, лежащие в основе нового типа синаптической пластичности, называемой поведенческой синаптической пластичностью во времени (BTSP). Исследование, проведенное под руководством доктора Джеффри Маги, профессора Бейлора, который также является Медицинским институтом Говарда Хьюза, и исследователя NRI Дункана, показало, как энторинальная кора (EC) посылает сигналы в гиппокамп; Область мозга, важная для пространственной навигации, кодирования памяти и консолидации -; Он направляет его на реорганизацию расположения и активности определенного подмножества нейронов для достижения измененного поведения в ответ на меняющееся окружение и пространственные сигналы.

Нейроны общаются друг с другом, посылая электрические сигналы или химические вещества через соединения, называемые синапсами. Синаптическая пластичность относится к адаптивной способности этих нейронных связей становиться сильнее или слабее с течением времени, как прямой ответ на изменения в их внешней среде. Эта адаптивная способность наших нейронов быстро и точно реагировать на внешние сигналы имеет решающее значение для нашего выживания и развития и формирует нейрохимическую основу для обучения и памяти.

Активность и поведение мозга животных быстро адаптируются в ответ на пространственные изменения

Чтобы определить механизм, лежащий в основе способности мозга млекопитающих к адаптивному обучению, научный сотрудник лаборатории Маги и ведущий автор исследования, доктор Кристин Гринбергер, измерила активность определенной группы клеток места, которые представляют собой нейроны гиппокампа, специализирующиеся на построении и обновление «карт» внешних сред. Я прикрепил к мозгу этих мышей силовой микроскоп и измерил активность этих клеток, пока мыши бегали по линейной беговой дорожке.

На начальном этапе мыши адаптировались к этой экспериментальной установке, и награда (сахарная вода) менялась на каждом повороте. «В этот момент мыши постоянно бежали с одной и той же скоростью, постоянно облизывая дорожку, — сказал доктор Гринбергер, ныне доцент Университета Брандейса. — Это означает, что клетки места у этих мышей сформировали однородный мозаичный узор».

На следующем этапе она установила награду в определенном месте пути вместе с некоторыми визуальными подсказками, чтобы направлять мышей и измерять активность той же группы нейронов.

Я видел, что изменение местоположения награды изменило поведение этих животных. Мыши теперь ненадолго замедлились перед местом вознаграждения, чтобы попробовать сахарную воду. Что еще более интересно, это изменение в поведении сопровождалось увеличением плотности и активности клеток места вокруг места вознаграждения. Это говорит о том, что изменения пространственных сигналов могут привести к адаптивной реорганизации и активности нейронов в гиппокампе».

Доктор.. Кристен Гринбергер, доцент Университета Брандейса

Эта экспериментальная модель позволила исследователям изучить, как изменения в пространственных сигналах формируют мозг млекопитающих, вызывая новое адаптивное поведение.

На протяжении более 70 лет теория Хеббиана, которую в просторечии описывают как «нейроны активируются вместе, соединяются вместе», единолично доминировала над взглядами нейробиологов на то, как синапсы становятся сильнее или слабее с течением времени. Хотя эта хорошо изученная теория лежит в основе многих разработок в области нейронауки, она имеет некоторые ограничения. В 2017 году исследователи из лаборатории Маги обнаружили новый и мощный тип синаптической пластичности — поведенческую синаптическую пластичность во времени (BTSP), — которая преодолевает эти ограничения и предоставляет модель, которая лучше имитирует временную шкалу того, как мы узнаем или запоминаем соответствующие события в реальной жизни. жизнь.

Используя новую экспериментальную модель, доктор Гринбергер заметил, что на втором этапе нейроны в ранее молчавших клетках приобретали удивительно большие поля за один круг после обнаружения вознаграждения. Этот вывод согласуется с формой пластичности и синаптического обучения, отличной от HAPAN. Дополнительные эксперименты подтвердили, что наблюдаемые адаптивные изменения в клетках места гиппокампа и в поведении этих мышей действительно были связаны с BTSP.

Энторинальная кора инструктирует клетки места гиппокампа, как реагировать на пространственные изменения.

Основываясь на своих предыдущих исследованиях, команда Маги знала, что BTSP включает в себя направляющий / контролирующий сигнал, который не обязательно расположен внутри или рядом с активируемыми нейронами-мишенями (в данном случае, клетками места гиппокампа). Чтобы определить происхождение этого полезного сигнала, они изучили аксональные проекции из близлежащей области мозга, называемой внутренней корой позвоночника (EC), которая иннервирует гиппокамп и действует как ворота между гиппокампом и неокортексом, которые контролируют высшие/исполнительные решения. Процессы.

«Мы обнаружили, что когда мы специально ингибировали подмножество аксонов EC, иннервирующих нейроны гиппокампа CA1, из которых мы записывали, это предотвращало развитие чрезмерного представления вознаграждения CA1 в мозге», — сказал доктор Маги.

Основываясь на нескольких направлениях исследований, они пришли к выводу, что энторинальная кора обеспечивает относительно стабильный целевой сигнал, который направляет гиппокамп на реорганизацию местоположения и активности клеток места, что, в свою очередь, влияет на поведение животных.

Доктор Маги добавил: «Обнаружение того, что одна часть мозга (обонятельный комплекс) может направлять другую область мозга (гиппокамп) на изменение местоположения и активности нейронов (клеток места), является необычным открытием в нейробиологии». «Это полностью меняет наш взгляд на то, как в мозгу происходят изменения, зависящие от обучения, и открывает новые области возможностей, которые изменятся и будут определять то, как мы справляемся с нейродегенеративными и нейродегенеративными расстройствами в будущем».

Это исследование финансировалось Медицинским институтом Говарда Хьюза, Фондом Коллина и Институтом неврологических исследований Джин и Дэна Дункан при Детской больнице Техаса.