211service.com
Tworzyć wspomnienia
Nowy szczep genetycznie zmodyfikowanych myszy pozwolił naukowcom po raz pierwszy wskazać precyzyjne połączenia komórkowe, które tworzą się jako pamięć. Śledząc białko oznaczone tak, aby świeciło na zielono fluorescencyjnie podczas migracji przez poszczególne neurony, od ciała komórki przez rozgałęzione dendryty, naukowcy mogli dokładnie zobaczyć, które synapsy – połączenia z innymi neuronami – były zaangażowane, gdy myszy nauczyły się obawiać porażenia prądem .
Podążaj za blaskiem: poprzez inżynierię myszy, aby wyprodukowały fluorescencyjnie oznakowane białko receptora glutaminianu (pokazane na zielono) w aktywnych neuronach, naukowcy mogli podążać ścieżką białka, gdy myszy nauczyły się bać porażenia prądem. Ciała komórek neuronalnych pojawiają się na niebiesko.
To pierwszy krok w wizualizacji synaps, które kodują wspomnienia, mówi Stephen Maren , dyrektor programu studiów podyplomowych neuronauki na Uniwersytet Michigan , który nie był zaangażowany w badania. Naprawdę nie mieliśmy takiego narzędzia, aby zobaczyć kodowanie pamięci na poziomie synaptycznym. To ekscytujący artykuł.
Opracowujemy techniki, które pozwalają nam skoncentrować się na rzeczywistych miejscach fizycznych, które zmieniają się w mózgu wraz z uczeniem się, z coraz większą rozdzielczością, mówi główny badacz badania. Mark Mayford , profesor nadzwyczajny biologii komórki na Instytut Badawczy Scripps .
Neuronaukowcy uważają, że aby powstała pamięć, poszczególne połączenia synaptyczne muszą zostać wzmocnione w odpowiedzi na bodziec generujący pamięć. To wzmocnienie jest prawdopodobnie wynikiem specyficznego zestawu białek migrujących do synaps zgodnie z precyzyjnie zaplanowanym wzorcem, ale pozostaje tajemnicą, które białka są zaangażowane i w jaki sposób są kierowane do miejsc docelowych. Nowe opracowanie, które ukazało się w dzisiejszym numerze Nauka , jest pierwszym, który śledzi określone białko w drodze do określonych synaps.
Multimedia
Zobacz zdjęcia świecącego białka, które przechodzi przez neurony.
Badane białko jest receptorem dla glutaminianu, neuroprzekaźnika wcześniej zaangażowanego w tworzenie pamięci. Naukowcy zaprojektowali szczep myszy, aby receptor glutaminianu świecił na zielono w niezwykle specyficznych, dających się manipulować okolicznościach.
Zmodyfikowane genetycznie myszy zostały następnie wytresowane, aby oczekiwały porażenia prądem na stopy, gdy tylko zostały umieszczone w określonym pudełku. Wynikający z tego strach jest bardzo trwałym, bardzo mocnym wspomnieniem, mówi Mayford. Przypuszczalnie, mówi, neurony aktywowane, gdy myszy nauczyły się bać pudełka, były odpowiedzialne za tworzenie awersyjnej pamięci.
Znakowany fluorescencyjnie receptor glutaminianu został zmodyfikowany tak, aby neurony produkowały go dopiero wtedy, gdy staną się aktywne. To pozwoliło grupie zidentyfikować, które neurony przyczyniły się do tworzenia pamięci, śledząc zieloną poświatę.
Ponadto naukowcy mogli całkowicie wyłączyć cały system znakowanych białek, podając lek doksycyklinę. Myszy były karmione doksycykliną przez całe życie – aż do zadania uczenia się i ponownie, gdy zadanie się skończyło. W ten sposób znakowane białko zostało wyprodukowane dopiero podczas tworzenia tej konkretnej pamięci.
Przechwytujesz tylko wydarzenia związane z epizodem uczenia się, mówi Craig Powell , adiunkt neurologii i psychiatrii w Południowo-zachodnie centrum medyczne Uniwersytetu Teksasu , który nie był zaangażowany w badania.
Grupa Mayforda śledziła świecący receptor glutaminianu, który migrował przez neurony w regionie zwanym hipokampem, badając wycinki mózgu w kilku punktach czasowych po zadaniu uczenia się. Odkryli, że po wyprodukowaniu białka w jądrze, wędrowało na zewnątrz przez liczne rozgałęzione dendryty komórki i ostatecznie osadzało się w odległych synapsach.
Co zaskakujące, białko preferencyjnie osadzało się w jednym rodzaju synapsy. Synapsy występują w kilku smakach, w zależności od tego, czy tworzą je tak zwane cienkie, przysadziste, czy grzybowe kolce wystające z komórki. Znakowany receptor glutaminianu migrował głównie do synaps grzybowych.
Myślę, że najważniejszą rzeczą w tym badaniu jest to, że sugeruje, że określony typ kręgosłupa może być ważniejszy dla procesów uczenia się i pamięci niż inne rodzaje kręgosłupa, mówi Powell.
Preferencje receptora dla synaps typu grzybowego sugerują, że przynajmniej w procesie tworzenia pamięci związanej ze strachem istnieje wyspecjalizowany system transportu, który kieruje białka synaptyczne do ich celów. Ale jaki rodzaj flagi molekularnej jest wymachiwany, aby powiedzieć: „Podejdź tutaj i zamieszkaj w moim typie synapsy”, nie jest do końca jasne, mówi Maren.
Kolejną zagadką jest to, dlaczego znakowany receptor znika z synaps po 72 godzinach, kiedy pamięć trwa znacznie dłużej. Inne białka i inne obszary mózgu są prawie na pewno zaangażowane w tworzenie i utrzymywanie pamięci. W szczególności ciało migdałowate prawdopodobnie odgrywa kluczową rolę. Podczas gdy hipokamp ma kluczowe znaczenie dla kodowania informacji o miejscu – w tym przypadku pudełko, w którym podano wstrząsy – ciało migdałowate wydaje się wiązać tę informację z reakcją strachu wytworzoną przez wstrząsy.
Hipokamp prawdopodobnie nie jest ostatecznym miejscem przechowywania, mówi Maren. Jeśli naprawdę chciałbyś zobaczyć, gdzie została zakodowana pamięć długotrwała dla tego typu uczenia się, prawdopodobnie chciałbyś spojrzeć na ciało migdałowate.
W poprzednich badaniach ciała migdałowatego z użyciem podobnie skonstruowanych myszy, grupa Mayforda wykazała, że te same neurony są aktywowane zarówno podczas tworzenia się pamięci, jak i późniejszego jej odzyskania. W przyszłych badaniach naukowcy mogą zastosować nowe podejście o mniejszej skali do sondowania formowania się pamięci w ciele migdałowatym.
Mayford ma również nadzieję, że wykorzysta nową technikę do wyjaśnienia dokładnej struktury pamięci zakodowanej przez hipokamp – w szczególności pamięci pudełka. Planuje ustalić, czy może nauczyć mysz, która nigdy nie była zszokowana w pudełku, by mimo to się jej bała. Aby to zrobić, aktywował neurony hipokampa, które kodują pamięć pudełka, a następnie zadał myszy wstrząs.
Jeśli eksperyment się powiedzie, może pomóc wyjaśnić, w jaki sposób pudełko jest reprezentowane w mózgu myszy. Jednym z głównych pytań w neuronauce, mówi Mayford, jest: czego potrzeba, aby przedstawić środowisko zewnętrzne?