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.
источник:
Ссылка на журнал:
Гринбергер, К. и Маги, Дж. К., (2022) Энторинальная кора направляет связанные с обучением изменения в представлениях CA1. характер закалки. doi.org/10.1038/s41586-022-05378-6.
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Сообщество регби сплачивается за талантливого игрока после «разрушительного» диагноза.
Огромное доисторическое морское чудовище ростом выше двух автобусов было обнаружено после того, как 11-летняя британская девочка нашла окаменелости на пляже Сомерсет.
Пациент-ориентированная интегративная и альтернативная терапия в неврологии: Кэролин Бернштейн, доктор медицинских наук