Tyrimo rezultatai rodo, kad nanoskopiniai motoriniai baltymai smegenyse sukuria fizines atminties struktūras

Tyrimo rezultatai rodo, kad nanoskopiniai motoriniai baltymai smegenyse sukuria fizines atminties struktūras

Gyvensena mityba, dietos, judėjimas

Atminties galvosūkis jau seniai domino filosofus ir intelektus. Platonas ir Aristotelis tikėjo, kad atmintis randama tik sielos ir proto sferoje, tačiau joje nebuvo nieko kūniško ar fizinio. Atmintis yra glaudžiai susijusi su mūsų savęs jausmu ir subjektyvia patirtimi, tačiau yra fizinių procesų, susijusių su prisiminimu.

Šiuolaikinė analogija mėgsta lyginti kompiuterio atmintį su smegenų atmintimi, kai smegenų ląstelių, vadinamų neuronais, aktyvumas lyginamas su dvejetainiais magnetinio lauko modelių kodais, saugomais standžiajame diske. Tačiau kompiuteriniai įrenginiai, skirtingai nei neuronai, nesikeičia atlikdami savo darbą.

Atminimams saugoti ir apdoroti naudojami nanoskopiniai motoriniai baltymai, vadinami kinezinu, kurie perkelia medžiagas neuronuose, kad sukurtų struktūrinį atminties kodą. Šie nanoskopiniai darbuotojai „vaikšto“ kintamaisiais žingsniais ilgais molekuliniais takeliais, kad pristatytų medžiagas.

Jau 20 metų neurologai, įskaitant mane, naudojo pažangiausias mikroskopijos technologijas gyviems gyvūnams, kad stebėtų mikroskopines struktūras, vadinamas dendritiniais spygliais, kurie nuolat dygsta, morfuojasi ir regresuoja neuronų dendrituose.

Dendritiniai stuburai yra vieta, kur neuronai užmezga kontaktus su kitais neuronais ir sukuria elektros grandines visose smegenyse. Dendritinis stuburo plastiškumas, kaip vadinamas šis dendrito formos pokytis, yra daugiau nei atsitiktinis neuronų struktūrų judėjimas smegenyse.






Išaugantys spygliai naujiems prisiminimams saugoti

Mūsų neseniai paskelbtame tyrime Ląstelių ataskaitosNustatyta, kad dendritinio stuburo plastiškumo mastas labai koreliuoja su mūsų laboratorijoje esančių gyvūnų atminties funkcijomis. Mes išmokėme peles bijoti nekenksmingo tono, kiekvieną kartą, kai skambėjo tonas, trenkdami jas elektra; Tada mes išmokėme peles įveikti tą pačią baimę, pakartotinai pateikiant tą patį toną nepavojingoje situacijoje.

Po dviejų dienų baimės laipsnis, kurį rodo pelių nejudrumo trukmė, rodo atminties našumą. Kuo daugiau dendritinių spyglių, kurie pumpuojasi ant neuronų, tuo trumpiau jie išliko sušalę.

Panašiai mokslininkai išsiaiškino, kad motorinė atmintis – kaip rodo tai, kiek laiko pelės gali bėgti ant besisukančio strypo po treniruotės – taip pat koreliuoja su besiformuojančių dendritinių spyglių skaičiumi neuronuose.

Kai šie naujai suformuoti dendritiniai stuburai yra subraižyti naudojant sudėtingą technologiją, vadinamą optogenetika, pelės praranda motorinę atmintį ir veikia taip, lyg būtų visai nesitreniravusios.

Šie įrodymai daro didelę įtaką tam, kaip mes suprantame atminties saugojimo būdą. Be viso neurono veiklos „viskas arba nieko“, struktūrinius atminties pėdsakus sudaro mikroskopinių struktūrų, vadinamų dendritiniais neuronų spygliais, modeliai.

Molekulinių krovinių pristatymas į stuburus

Šis atradimas iškėlė dar vieną iššūkį: kaip neuronai žino, kur konkrečiai savo šakose „sukurti“ šiuos atminties kodus? Šios vietos turi būti specifinės, nes jos atitinka kontaktinius taškus su skirtingais neuronais formuojant neuronines grandines, susijusias su įvairia patirtimi.

Kadangi dauguma ląstelių medžiagų yra sintezuojamos ląstelės kūne, turi būti transporteris, kuris perneštų medžiagas į neuronus, kad būtų galima tiksliai sukurti atminties kodus.

Savo tyrime spėliojome, kad kinezinas buvo naudojamas molekulinėms medžiagoms tiekti dendritiniams stuburams „statyti“. Norėdami tai įrodyti, molekulinius krovinius, kuriuos, kaip žinoma, gabena kinezinas, pažymėjome fluorescenciniais žymenimis, kad galėtume stebėti kinezino judėjimą po mikroskopu. Naudodami šią pažangiausią mikroskopijos technologiją, galėtume stebėti kinezino judėjimą smegenyse prieš sukuriant ir pašalinus baimę pelėms ir po to.

Taip pat genetiškai pašalinome kinezinus iš kitos pelių grupės, kad suprastume, ar kinezino funkcija iš tiesų buvo būtina formuojant dendritinį stuburo atminties kodą. Mes nustatėme, kad įprastoms pelėms, turinčioms kineziną, prireikė kelių valandų, o ne minučių, kol kinezinas persikėlė į konkrečią dendritų vietą, kur gali išdygti dendritiniai spygliai. Jei kinezinas buvo pašalintas iš smegenų, pažymėtų molekulinių krovinių judėjimas sumažėjo ir dėl to visiškai pakito suformuotų dendritinių spyglių skaičius, o susidariusių dyglių stabilumas buvo labai apsunkintas.

Be kinezino mūsų tyrimo metu pelės negalėjo tinkamai mokytis ar formuoti atminties.

Atminties supratimas

Tai yra pirmas kartas, kai buvo vizualizuotas struktūrinio atminties kodo formavimo procesas, identifikuojant kineziną kaip transporto priemonę dendritiniams stuburams kurti po mokymosi patirties konstruoti struktūrinį atminties kodą gyvose smegenyse. Šis struktūrinis atminties kodas gali suteikti dar sudėtingesnį aspektą nei dvejetainis informacijos kodavimas.

Tolesnis šių dendritinių stuburo struktūrinių kodų supratimas ir galimas žemėlapių sudarymas dideliu mastu smegenyse gali atverti naujų būdų manipuliuoti atminties funkcijomis esant medicininėms sąlygoms.

Šis straipsnis iš naujo paskelbtas iš The Conversation pagal Creative Commons licenciją. Skaitykite originalų straipsnį.Pokalbis