Мозковий годинник, який підтримує спогади - Neuroscience 2021
Амандіна Буржуа - Людина дня (офіційний кліп) (лютий 2021).
Подібно до того, як членам оркестру потрібен диригент, щоб не відставати від ритму, нейронам мозку потрібні чітко визначені хвилі активності, щоб з часом організувати свої спогади. В гіпокампі, центрі пам'яті мозку, часовий порядок нейронного коду важливий для побудови розумової карти того, де ви були, де ви знаходитесь і куди рухаєтесь. Опубліковане 30 травня в Nature Neuroscience, дослідження Інституту наук про мозок RIKEN в Японії показало, як нейрони, що представляють простір у мишей, залишаються в часі.
Поки миша орієнтується у своєму оточенні, центральна область гіпокампу, яка називається CA1, спирається на ритмічні хвилі нейронних входів із сусідніх областей мозку, щоб створити оновлену карту простору. Коли дослідники деактивували вхід до сусіднього району гіпокампу CA3, оновлені карти перемішали. Хоча миші все ще могли виконувати просте навігаційне завдання, а сигнали від одиночних нейронів, здавалося, точно представляли космос, код популяції чи код "оркестру" був вичерпаний та містив помилки. "Нейронна музика не змінилася, - сказав провідний автор Томас МакХью, - але, замовчуючи входження CA3 в CA1 в гіпокампі, ми позбулися лідера".
МакХью та його співавтор Стівен Міддлтон досягли цього, генетично маніпулюючи мишами для експресії нервового токсину в СА3, який перекриває синаптичні сполучення між СА3 та іншими областями мозку. Загальна нервова активність була збережена, але завдяки ефективному приглушенню синаптичної комунікації вони могли виміряти вплив видалення вхідних даних CA3 на просторову карту області CA1.
Коли миші рухалися вгору і вниз по доріжці, автори реєстрували декілька окремих нейронів, а також підсумований електричний струм від більшої групи нейронів, відомих як потенціал локального поля. Це дозволило їм спостерігати за кожним тета-циклом, періодом, протягом якого гіпокамп оновлює свою нейронну карту простору під час руху миші.
Порівнюючи активність особини та популяції у нормальних та трансгенних мишей, вони зробили очевидно парадоксальне спостереження. Поки трансгенні миші рухалися навколо корпусу, окремі нейрони продовжували оновлювати свою активність через регулярний інтервал 8 Гц, відомий як прецесія фази тета-циклу. Однак ця циклічна організація інформації відсутня у популяції нейронів. "Без внеску CA3 не було загальної організації нейронних сигналів протягом тета-циклу для визначення походження або походження миші", - сказав МакХью.
Відкриття ментальної карти космосу в гіпокампі отримало в 2014 році Нобелівську премію з фізіології та медицини, проте схеми, що з'єднують набори клітин, також використовуються для обробки пам'яті та їх актуалізації в часі фактично, не були відомі. Без введення CA3 точний прогноз просторового розташування із загального нейронного коду погіршується. Миша завжди знає, де вона знаходиться, але невеликі помилки у поданні простору від окремих нейронів ускладнюються без того, щоб CA3 керував цілим CA1. "Якщо нейрони не активуються послідовно, ви не можете організувати спогади в часі", - говорить МакХью. "Мишам чи людям потрібен час, щоб перейти звідси до іншого, прийняти рішення та досягти цілей". Якби вимкнення CA3 було можливим у людей, припускає МакХью, спогади, швидше за все, стали б непотрібними та змішаними. Попередня робота з тими ж мишами продемонструвала подібну роль для нейронів CA3 в організації інформації під час сну - процесу, необхідного для тривалого зберігання пам'яті.
Оскільки окремі нейрони гіпокампа продовжують тикати, це дослідження показує, що нервовий оркестр потребує входів CA3, щоб служити диригентом. Це означає, що різні стратегії нейронного кодування роз’єднані, але взаємозалежні в мозку. Мабуть, що більш важливо, автори спостерігали зменшення нервових коливань, характерних для зв'язку CA3-CA1. Порушення цих коливань були виявлені при захворюваннях, починаючи від шизофренії та хвороби Альцгеймера, і краще розуміння того, як ритми мозку організовують інформацію, може пролити світло на механізми цих порушень.