Aktivität in Dendriten ist kritisch bei der Gedächtnisbildung

Aktivität in Dendriten ist kritisch bei der Gedächtnisbildung

Our Miss Brooks: English Test / First Aid Course / Tries to Forget / Wins a Man's Suit (Februar 2019).

Anonim

Warum erinnern wir uns an einige Dinge und nicht an andere? In einer einzigartigen Bildgebungsstudie haben zwei Forscher der Northwestern University herausgefunden, wie Nervenzellen im Gehirn dazu führen können, dass manche Erlebnisse in Erinnerung bleiben, während andere vergessen werden. Es stellt sich heraus, wenn Sie sich an etwas über Ihre Umgebung erinnern möchten, beziehen Sie Ihre Dendriten besser ein.

Daniel A. Dombeck und Mark EJ Sheffield spähten mit einem hochauflösenden, einzigartigen Mikroskop in das Gehirn eines lebenden Tieres und sahen genau, was in einzelnen Neuronen geschah, die als Ortszellen bezeichnet wurden, während das Tier eine virtuelle Realität navigierte Matze.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Aktivität des Zellkörpers eines Neurons und seiner Dendriten anders als bisher angenommen unterschiedlich sein kann. Sie beobachteten, dass, wenn Zellkörper aktiviert wurden, aber die Dendriten während der Erfahrung eines Tieres nicht aktiviert wurden, eine dauerhafte Erinnerung an diese Erfahrung nicht von den Neuronen gebildet wurde. Dies legt nahe, dass der Zellkörper fortlaufende Erfahrung zu repräsentieren scheint, während Dendriten, die baumartigen Zweige eines Neurons, helfen, diese Erfahrung als Erinnerung zu speichern.

"Es gibt viele Theorien über das Gedächtnis, aber sehr wenig Daten darüber, wie einzelne Neuronen tatsächlich Informationen in einem sich benehmenden Tier speichern", sagte Dombeck, Assistenzprofessor für Neurobiologie an der Weinberg Hochschule für Künste und Wissenschaften und Seniorautor der Studie. "Jetzt haben wir Signale in Dendriten entdeckt, von denen wir denken, dass sie für Lernen und Gedächtnis sehr wichtig sind. Unsere Ergebnisse könnten erklären, warum manche Erfahrungen in Erinnerung bleiben und andere vergessen werden."

Im Hippocampus des Gehirns gibt es Hunderttausende von Ortszellen - Neuronen, die für das GPS-System des Gehirns essentiell sind. Dombeck und Sheffield sind die ersten, die die Aktivität einzelner Dendriten in Ortszellen abbilden.

Ihre Ergebnisse tragen zu unserem Verständnis bei, wie das Gehirn die Welt um sie herum repräsentiert, und sie weisen auch auf Dendriten als ein neues potenzielles Ziel für Therapeutika zur Bekämpfung von Gedächtnisdefiziten und schwächenden Krankheiten wie der Alzheimer-Krankheit (AD) hin. Die Störung des GPS-Systems des Gehirns ist eines der ersten Symptome von AD, wobei viele Patienten nicht in der Lage sind, ihren Weg nach Hause zu finden. Zu verstehen, wie Platzzellen und ihre Dendriten diese Arten von Erinnerungen speichern, könnte uns helfen, neue Wege zur Behandlung der Krankheit zu finden.

Die Northwestern-Studie wird am 26. Oktober von der Zeitschrift Nature veröffentlicht .

Der Neurowissenschaftler John O'Keefe entdeckte 1971 Zellenzellen (und erhielt den diesjährigen Nobelpreis für Physiologie und Medizin), aber erst in den letzten Jahren konnten Wissenschaftler wie Dombeck und Sheffield diese Neuronen, die sie repräsentieren, darstellen eine Karte von wo wir in unserer Umgebung sind.

In ihrer Studie fanden Dombeck und Sheffield Dendritsignale, die erklären könnten, wie ein Tier etwas erleben kann, ohne die Erfahrung als Erinnerung zu speichern.

Sie sahen, dass Dendriten nicht immer aktiviert werden, wenn der Zellkörper in einem Neuron aktiviert wird. Signale, die in den Dendriten (zum Speichern von Informationen) und Signalen innerhalb des Neuronzellenkörpers (zum Berechnen und Übertragen von Information) erzeugt werden, können entweder stark synchronisiert oder desynchronisiert sein, je nachdem, wie gut sich die Neuronen an verschiedene Merkmale des Labyrinths erinnern.

Wissenschaftler haben lange geglaubt, dass die neuronalen Aufgaben der Datenverarbeitung und -speicherung miteinander verknüpft sind - wenn Neuronen Informationen berechnen, speichern sie diese auch und umgekehrt. Die Northwestern-Studie liefert Beweise gegen diese klassische Sicht der neuronalen Funktion.

"Wir erleben ständig Ereignisse, die im Gehirn durch die Aktivität von Neuronen repräsentiert sein müssen, aber nicht an all diese Ereignisse kann später erinnert werden", sagte Mark EJ Sheffield, Postdoktorand in Dombecks Labor und Erstautor der Studie.

"Eine tägliche Fahrt zur Arbeit erfordert zum Beispiel die Aktivität von Millionen von Neuronen, aber Sie würden sich schwer tun, sich daran zu erinnern, was am letzten Dienstag während der Fahrt passiert ist", sagte Sheffield. "Wie kommt es, dass die Neuronen während der Fahrt aktiviert werden können, ohne diese Information im Gehirn zu speichern? Jetzt haben wir vielleicht eine Erklärung, wie dies geschieht."

Dombeck und Sheffield bauten ihr eigenes Laser-Scanning-Mikroskop, das Neuronen auf mehreren Ebenen abbilden kann. Dann lernten sie einzelne Tiere kennen, die auf einem Trackball mit dem Videospiel Quake II ein virtuelles Realitätslabyrinth navigierten.

Jede beleuchtete Struktur, die in den Bildern zu sehen ist, zeigt ein Neuron, das Aktionspotentiale abfeuert. Die Aktivität dieser Neuronen stellt die Erfahrung eines Tieres dar, wo es in der Umwelt ist, sagten die Forscher. Ob die Neuronen diese Erfahrung speichern oder nicht, scheint von der Aktivität der Dendriten der Neuronen abzuhängen.